自從安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫使用膠帶從一塊石墨中分離出單層碳原子（即石墨烯），并獲得諾貝爾獎，短短15年，推動了超薄材料研發(fā)的一場革命。
石墨烯和其他二維材料展現(xiàn)出奇特的性能，研究人員希望將其應用于一系列應用中，從包裝到功能更強大、更緊湊的計算機處理器中的微型晶體管，到體積更小、精度更高的傳感器，柔性數(shù)字顯示器以及 量子計算機的新潮流。
美國能源部勞倫斯·伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)的科學家們在許多方面幫助推動了對超薄材料的研究，他們利用專門的工具和技術(shù)來制造超薄材料，并在納米和原子尺度上研究其結(jié)構(gòu)和特性。
現(xiàn)在，加州一家名為GraphAudio的公司(https://www.graphaudio.com/)正致力于將由伯克利實驗室和加州大學伯克利分校的研究人員開發(fā)的基于石墨烯的音頻技術(shù)商業(yè)化，以刺激一場音頻革命。
GraphAudio首席執(zhí)行官拉梅什·拉姆錢達尼(Ramesh Ramchandani)表示，公司的目標是利用獲得許可的技術(shù)制造石墨烯組件，供其他公司在其產(chǎn)品中使用。
他說，他預計GraphAudio的技術(shù)——可能在一到兩年內(nèi)提供給消費者——將是耳麥耳機和放大器中的石墨烯元件，這些元件將被整合到老牌音頻產(chǎn)品制造商生產(chǎn)的產(chǎn)品中。
這項技術(shù)于2016年從伯克利實驗室(Berkeley Lab)獲得許可，涉及將石墨烯用于一種被稱為換能器的發(fā)聲元件，它可以改造多種設(shè)備，包括揚聲器、耳塞和耳機、麥克風、自動車輛傳感器、超聲波和回聲定位系統(tǒng)。
“我們研究石墨烯材料和結(jié)構(gòu)數(shù)年了,這個傳感器是一種應用程序出來,”Alex Zettl領(lǐng)導說,高級教師伯克利國家實驗室的科學家和加州大學伯克利分校的物理學教授被GraphAudio技術(shù)許可的發(fā)明者之一。另一位發(fā)明者是周秦，他曾是伯克利實驗室的博士后研究員，現(xiàn)在是內(nèi)布拉斯加大學林肯分校的助理教授。
通過他們團隊的研究開發(fā)的換能器使用一種小的、幾層厚的石墨烯薄膜，這種薄膜可以將電信號轉(zhuǎn)換成聲音。
“它有點像一個鼓，有一個圓形的框架，上面覆蓋著薄膜，”澤特爾說。石墨烯薄膜直徑約為1厘米。薄膜和支撐框架夾在硅基電極之間，硅基電極由交流電壓驅(qū)動。
電場使石墨烯薄膜振動并以一種有效、可控的方式發(fā)聲。這種被稱為靜電換能器的設(shè)計比傳統(tǒng)的設(shè)計需要更少的部件和更少的能量，而傳統(tǒng)的設(shè)計則需要線圈和磁鐵。
“當我們用電子音頻信號驅(qū)動它時，它就像一個揚聲器，”澤特爾說。
在一些流行的入耳式耳機中，只有大約10%的電能轉(zhuǎn)化為聲音，其余的則以熱能的形式流失。不過，石墨烯換能器可以將大約99%的能量轉(zhuǎn)化為聲音。
此外，石墨烯換能器幾乎沒有失真，在非常寬的聲頻范圍內(nèi)具有非?！捌教埂钡捻憫踔吝h遠超出了人耳的聽力范圍。澤特爾說:“這意味著，在高頻段和低頻段，聲音的質(zhì)量都是一樣的，不僅僅是在音頻頻段，從亞音速一直到超聲波都是如此?！薄斑@幾乎是前所未有的?！?/p>
由于這種巨大的帶寬，基于石墨烯的傳感器可以用于水下通信的回聲定位系統(tǒng)，例如，在碎石遍布的環(huán)境中定位幸存者的超聲波系統(tǒng)，以及子宮中胎兒的高質(zhì)量成像。
澤特爾指出，石墨烯換能器在揚聲器中工作良好的特性也可以用于制造高質(zhì)量麥克風?！拔覀冊趯嶒炇依镎故玖诉@兩種技術(shù)。它們都有商業(yè)化的潛力?！?/p>
格拉霍迪奧的拉姆錢達尼(Ramchandani)說，公司在1月份的消費電子展上展示的格拉霍迪奧樣品耳機和麥克風，引發(fā)了與潛在合作伙伴的一些富有成效的討論，以及一些消費者體驗，他說這些體驗引發(fā)了“哇”的反響。
該公司稱，其技術(shù)的音質(zhì)非常清晰，可以從交響樂團中分辨出單個樂器的音調(diào)。
Ramchandani指出，平板電視技術(shù)幾乎完全取代了體積更大、重量更重的陰極射線管電視，他預計音頻產(chǎn)品也會發(fā)生類似的轉(zhuǎn)變。
格拉霍迪奧授權(quán)的技術(shù)可能會帶來的產(chǎn)品包括嵌入汽車內(nèi)部天花板的超薄車載揚聲器，用于改善環(huán)繞聲體驗，以及改進的車載傳感器，這些傳感器依靠雙向回聲定位來避免車輛碰撞。
資訊來源：phys.org，由Carbontech編譯并整理，轉(zhuǎn)載請注明出處
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