中國電子元件行業(yè)協(xié)會
China Electronic Components Association
各式納米材料多年來已被用于麥克風(fēng)和揚聲器。納米顆粒已代替揚聲器中的永久磁體，而薄膜中的碳納米纖維也以相似的方式工作，一些人也嘗試用石墨烯制造麥克風(fēng)的聲音。
現(xiàn)在，韓國蔚山科學(xué)技術(shù)大學(xué)校的研究者制造了銀納米導(dǎo)線制成的納米膜，用作可伸縮揚聲器和麥克風(fēng)。研究者甚至證明了他們的納米膜可以演奏帕格尼尼的小提琴協(xié)奏曲《鐘聲回旋曲》。此外，這種“智能皮膚”還可以嵌入耳朵或喉嚨，對聽力和語言障礙有所幫助。
這項研究在 8 月 3 日刊登在《Science Advances》雜志上。韓國研究者將這些銀納米線圈包在多聚物納米膜上。為了制造這一比一次性紋身更薄的麥克風(fēng)，研究人員設(shè)計了伸縮性電子設(shè)備，它可以隨皮膚伸展和彎曲，同時可以不損失導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。
通過對不同材料的測試，科學(xué)家最終使用了一個涂有多層聚合物的銀導(dǎo)線網(wǎng)格，這個設(shè)備是透明的、可伸縮的并能傳輸聲信號。
研究者選擇納米線而不是其他納米材料是因為，其他材料如石墨烯和碳納米管在納米尺度上的機(jī)械強(qiáng)度還不夠。而選擇銀則是因為銀比其他材料更容易與這種多聚物雜合。
“我們研究中最大的突破在于，我們成功開發(fā)出了薄于 100 納米的超薄透明導(dǎo)電雜化納米膜，”Hyunhyub Ko 說?！斑@些超凡的光學(xué)、電學(xué)和機(jī)械性能可作為皮膚可接觸式揚聲器和麥克風(fēng)?！盞o 是蔚山科學(xué)技術(shù)大學(xué)校的副教授，也是這項研究的工作者。
納米膜揚聲器通過由溫差引起的周圍空氣的振蕩來發(fā)出聲音。在接收到音樂播放器的信號后，電流通過導(dǎo)線產(chǎn)生周期性焦耳發(fā)熱，這一過程可以將線圈加熱到約 33℃，產(chǎn)生了溫度震蕩，進(jìn)而通過改變周圍空氣壓力產(chǎn)生聲音。我們的耳朵可以接收到這種氣壓形成的聲波。
而麥克風(fēng)的工作原理這是通過夾在具有微小圖案彈性膜之間的雜合納米膜實現(xiàn)的。納米膜通過摩擦電壓可精確檢測到聲音震動。麥克風(fēng)也可以通過反向操作將語音聲波轉(zhuǎn)換回電信號，然后通過智能手機(jī)或電腦進(jìn)行儲存和播放。
圖 | 納米膜貼在皮膚上后的效果，右圖白色橫線代表 1 mm。（圖源：Science Advances）
在揚聲器和麥克風(fēng)中，銀納米線既能提供導(dǎo)電性，又能使納米膜具有獨立的機(jī)械強(qiáng)度。該研究小組還在的文章中指出，設(shè)備可以檢測來自口腔的聲波，也可以從聲帶震動中識別單詞。
研究人員通過 4 個實驗者用語音識別解鎖智能手機(jī)對麥克風(fēng)進(jìn)行測試，其中只有一個用戶是注冊用戶。在超過 10 次測試中，系統(tǒng)能夠超過 98% 的正確率識別聲音。
雖然研究者通過皮膚納米膜證明了技術(shù)的可行性，但這并不意味著技術(shù)已經(jīng)可以被實際應(yīng)用。研究人員表示，該揚聲器的性能與揚聲器尺寸和溫度變化成比例。如果直接接觸皮膚，為發(fā)出足夠大音量，每塊單位面積上的輸入功率會增加太多。
此外，Ko 補(bǔ)充到，“對于商業(yè)應(yīng)用，納米膜的機(jī)械耐久度還需要進(jìn)一步提高?！?br/>
研究者認(rèn)為，下一步將提高智能皮膚語音輸出的質(zhì)量和音量，以及在麥克風(fēng)區(qū)分不同語音時的準(zhǔn)確性。他們還希望能找到更好的材料用以大規(guī)模生產(chǎn)。
