皮膚也能播放音樂?透明可穿戴式麥克風(fēng)問世
圖片來源:Ulsan National Institute of Science and Technology
來源:科研圈(ID:keyanquan)
“在我的BGM里,沒人能夠打敗我”——這將不再是影視劇人物的專屬:現(xiàn)在,在手指上貼一塊堪比紋身的納米薄膜,便能隨身自帶麥克風(fēng)和揚聲器了。來自韓國蔚山科學(xué)技術(shù)大學(xué)(Ulsan National Institute of Science and Technology)的科學(xué)家,他們利用正交銀納米線陣列,制造出了一款納米級厚度的超薄、透明的雜化納米薄膜。該薄膜良好的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能,使其能制造成可穿戴的揚聲器和麥克風(fēng),并且還具有優(yōu)異的人聲識別功能。這項成果于 8 月 3 日發(fā)表在Science Advances上。
薄如蟬翼的秘密
該文章的通訊作者,Hyunhyub Ko 和他的研究團隊選擇了雜化納米薄膜作為制備目標。不同于單純的聚合物納米薄膜,雜化納米薄膜的電學(xué)和力學(xué)性質(zhì)可由薄膜內(nèi)的填充物調(diào)節(jié)。常用的填充物有金屬納米顆粒、納米線、納米碳管、石墨烯等。金屬納米線/聚合物的薄膜組合能讓納米薄膜的韌性更好,同時兼具聚合物薄膜柔軟、透明、輕便的優(yōu)點。
可穿戴納米薄膜器 圖片來源: 論文
在電學(xué)方面,為了獲得良好的導(dǎo)電性,Hyunhyub Ko 等人選擇了銀納米線。他們首先利用基于溶液的棒涂組裝技術(shù)(bar-coating assembly technique)將正交式的銀納米線陣列在襯底上制備出來,然后再將一種生物相容性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的聚合物 (Parylene C)用化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,CVD)的方式轉(zhuǎn)移到銀納米線陣列上,最后將制備好的雜化薄膜從基底上剝離,便得到了納米級厚度的雜化薄膜。
銀納米線呈交叉排列的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu),因此非但沒有破壞薄膜的透明性,還提高了薄膜的韌性。Hyunhyub Ko 說:“我們的研究最大的突破就是制備出了這種超薄、透明又能導(dǎo)電的雜化納米薄膜。薄膜的厚度只有不到 100 納米。它優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)特性,使這種薄膜能夠進一步制成貼在的皮膚上的揚聲器和麥克風(fēng)!
雜化納米薄膜的制備過程 圖片來源:論文,Science Advances
小身量,大用途
別小看這只有不到 100 納米厚度的納米薄膜,兩條導(dǎo)線加身后,它就能變身成為揚聲器、麥克風(fēng)甚至人聲識別器。
這種加入了銀納米線的納米薄膜具有非常低的抗彎剛度,可以很好的貼合起伏不平的 3D 表面,比如人類的皮膚,還能隨著皮膚彎曲和伸展。貼上后會在皮膚上顯出一小塊閃閃發(fā)亮的地方,給這塊“閃閃發(fā)亮”的地方施加電流后,薄膜局部溫度會發(fā)生改變,使薄膜周圍空氣的產(chǎn)生振蕩,當(dāng)這種振蕩以波的形式傳播出來,就形成了我們聽到的聲音。
Hyunhyub Ko 團隊中的一位研究人員,用貼在手背上的納米薄膜,通過熱聲效應(yīng),成功的讓皮膚“演奏”了一首帕格尼尼的小提琴協(xié)奏曲。
若將該薄膜夾在孔狀的彈性薄膜和具有微金字塔狀圖案的薄膜中間,制成的雜化薄膜器件就能變身透明、可穿戴的麥克風(fēng)了,它不僅能探測聲音,還能識別不同人發(fā)出的聲音。根據(jù)摩擦生電的原理,雜化薄膜器件能探測到聲音和聲帶的振動,并且,通過振動頻率的差別將不同的聲音區(qū)分開來,達到聲音識別的目的。
雜化納米薄膜制成的揚聲器(上圖),麥克風(fēng)(左下)和聲音識別系統(tǒng)(右下)
完美才是終極目標
雖然 Hyunhyub Ko 團隊向我們展示了銀納米線陣列雜化納米薄膜的多種應(yīng)用領(lǐng)域。但這塊薄薄的器件還有諸多缺點,導(dǎo)致其無法進行商業(yè)化生產(chǎn)。
研究人員希望可以先改進薄膜的材料,讓它們更適合大規(guī)模生產(chǎn);之后將薄膜的力學(xué)性能做進一步的提高,保證薄膜的質(zhì)量,而不是每次貼薄膜的時候都需要小心翼翼。
除了薄膜自身的缺點外,如何提高制成器件的質(zhì)量也是一個有待開發(fā)的領(lǐng)域。貼上薄膜揚聲器,做一個出場自帶背景音效的人,這樣的愿望已經(jīng)變得觸手可及了。
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