石墨烯“發(fā)聲” 電子通信行業(yè)受沖擊

　　新型石墨烯聲波信號發(fā)生器只有指甲蓋大小，能夠?qū)⒉煌l率的聲波混合、放大和均衡。

　　石墨烯自2010年發(fā)現(xiàn)以來一直是材料界研究的熱門，應(yīng)用面也十分廣泛。而最近，來自?？巳卮髮W(xué)(University of Exeter)的研究者使用石墨烯制作聲波信號發(fā)生器，能夠產(chǎn)生可控的復(fù)雜聲波信號。

　　研究團(tuán)隊表示這樣的信號發(fā)生器將有可能取代耳機(jī)或耳機(jī)中的重要元件，也將有可能顛覆整個音頻和電子通信行業(yè)。

　　一般來說，耳機(jī)由揚聲器、放大器和均衡器組成，而這些元件現(xiàn)在都可以集成在指甲蓋大小的芯片中。傳統(tǒng)的揚聲器利用震動來發(fā)出聲音，即利用電信號控制電磁鐵和永磁鐵之間的吸斥作用并帶動振膜(Vibration)發(fā)出聲音。

　　這也就是這款耳機(jī)發(fā)聲的基本原理，這是一項十分成熟的技術(shù)，在過去的一個多世紀(jì)里幾乎沒有什么變化。但是?？巳卮髮W(xué)的研究團(tuán)隊，將該技術(shù)改良和簡化，新型石墨烯聲波信號發(fā)生器中已經(jīng)不存在需要移動或者震動的元件，只采用了一層薄薄的石墨烯薄膜。

　　這樣一層石墨烯薄膜的厚度幾乎達(dá)到了原子級，能夠根據(jù)輸入的電流大小將自身的溫度升高或降低。而發(fā)聲的原理其實也和震動有關(guān)，即以石墨烯薄膜的熱波動(Thermal Vibration)帶動空氣震動來發(fā)出聲音。

　　而這就是熱量轉(zhuǎn)化為聲能的能量轉(zhuǎn)化，這在科學(xué)界并不是新鮮事。不過，?？巳卮髮W(xué)的研究團(tuán)隊卻是第一個在熱-聲轉(zhuǎn)化過程中實現(xiàn)不同頻率聲波的疊加、放大以及均衡。更加難得的是，所有的這一切都發(fā)生在這樣一個指甲蓋大小的芯片里。

　　圖 | 石墨烯的蜂窩結(jié)構(gòu)與石墨烯聲波信號發(fā)生器芯片

　　該技術(shù)的詳細(xì)情況以論文的形式發(fā)表在《科學(xué)快報》上，大衛(wèi)·霍西爾博士(Dr David Horsell)是該文章的第一作者，現(xiàn)任?？巳卮髮W(xué)高級講師，也是量子系統(tǒng)和納米材料研究組(the Quantum Systems and Nanomaterials Group)中的研究成員。

　　霍西爾博士從石墨烯的發(fā)聲原理出發(fā)向我們作了解釋：“熱-聲轉(zhuǎn)化起初并沒有受到大家多少關(guān)注，因為這種形式的能量轉(zhuǎn)化被認(rèn)為是低效的，所以才沒有很多相關(guān)的實際應(yīng)用。

　　我們并沒有從能量轉(zhuǎn)化角度來看，相反我們僅僅考慮聲音是如何產(chǎn)生的。我們發(fā)現(xiàn)控制石墨烯的導(dǎo)通電流能夠產(chǎn)生聲音，并且能夠精確改變各個頻率聲波的大小。這種聲波放大以及控制機(jī)制毫無疑問將開啟我們從未涉足的應(yīng)用領(lǐng)域。”

　　不要忘了，石墨烯材料是幾乎透明的，那么這種既能產(chǎn)生聲波又能透光的性能必然會在視聽技術(shù)中掀起革新的風(fēng)潮。想象一下，既能顯示又能發(fā)聲的新型手機(jī)屏幕一定大受歡迎。只是，以后換屏是不是又要漲價了。

　　研究團(tuán)隊已經(jīng)嘗試將該項技術(shù)應(yīng)用于超聲波成像中，能用于醫(yī)院以及其他醫(yī)療機(jī)構(gòu)。對于新技術(shù)的應(yīng)用，霍西爾博士表示：“其實發(fā)出聲音是一部分，而將不同頻率的聲波混合在一起是更加關(guān)鍵的一步。對于高效地產(chǎn)生超聲波或者次聲波也是很重要的。

　　不過，石墨烯聲波信號發(fā)生器幾乎是毫無難度地就將這樣的功能實現(xiàn)了，這必然會對電子通信行業(yè)造成不小的沖擊。”