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

　　研究團(tuán)隊(duì)表示這樣的信號(hào)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(gè)音頻和電子通信行業(yè)。

　　一般來(lái)說(shuō)，耳機(jī)由揚(yáng)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(yáng)聲器利用震動(dòng)來(lái)發(fā)出聲音，即利用電信號(hào)控制電磁鐵和永磁鐵之間的吸斥作用并帶動(dòng)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(xiàng)十分成熟的技術(shù)，在過(guò)去的一個(gè)多世紀(jì)里幾乎沒(méi)有什么變化。但是?？巳卮髮W(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，將該技術(shù)改良和簡(jiǎn)化，新型石墨烯聲波信號(hào)發(fā)生器中已經(jīng)不存在需要移動(dòng)或者震動(dòng)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(jí)，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(shí)也和震動(dòng)有關(guān)，即以石墨烯薄膜的熱波動(dòng)(Thermal Vibration)帶動(dòng)空氣震動(dòng)來(lái)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(guò)，?？巳卮髮W(xué)的研究團(tuán)隊(duì)卻是第一個(gè)在熱-聲轉(zhuǎn)化過(guò)程中實(shí)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(gè)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(hào)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(bào)》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(jí)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(méi)有受到大家多少關(guān)注，因?yàn)檫@種形式的能量轉(zhuǎn)化被認(rèn)為是低效的，所以才沒(méi)有很多相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用。

　　我們并沒(méi)有從能量轉(zhuǎn)化角度來(lái)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(gè)頻率聲波的大小。這種聲波放大以及控制機(jī)制毫無(wú)疑問(wèn)將開(kāi)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(huì)在視聽(tīng)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(jià)了。

　　研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)嘗試將該項(xiàng)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(duì)于新技術(shù)的應(yīng)用，霍西爾博士表示：“其實(shí)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(duì)于高效地產(chǎn)生超聲波或者次聲波也是很重要的。

　　不過(guò)，石墨烯聲波信號(hào)發(fā)生器幾乎是毫無(wú)難度地就將這樣的功能實(shí)現(xiàn)了，這必然會(huì)對(duì)電子通信行業(yè)造成不小的沖擊。”