Динамики из графена могут конкурировать с коммерческими аналогами
 Схема созданного динамика из графена. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Принцип работы динамиков основан на вибрации тонкой диафрагмы. Эти колебания создают волны плотности в окружающем воздухе, что позволяет воспроизводить различные звуки, в зависимости от их частоты. Человеческое ухо способно услышать частоты от 20 Гц (очень низкий тон) до 20 КГц (очень высокий тон), соответственно, качество динамика зависит от того, способна ли конструктивно его диафрагма обеспечивать постоянный уровень звукового давления в диапазоне от 20 Гц до 20 КГц.
Для обеспечения одинакового звукового давления коммерческие компании придумывают специфические конструкции динамиков. Но группа ученых из University of California (США) предложила заменить все эти сложные схемы простым динамиком из графена. Благодаря сверхнизкой массе мембраны, такой динамик имеет достаточно ровную амплитудно-частотную характеристику в диапазоне чувствительности человеческого уха. А тот факт, что графен является исключительно прочным материалом, означает, что данный материал может быть использован для создания очень большой и тонкой мембраны, эффективно генерирующий звук.
Динамик, созданный американскими учеными, имеет толщину всего 30 нм. Ширина задействованного листа графена – 7 мм. Этот лист был получен методом химического осаждения из парообразного состояния и зажат между двумя перфорированными кремниевыми электродами, покрытыми диоксидом кремния (для предотвращения случайного короткого замыкания графена при очень больших амплитудах колебаний мембраны). Поданное напряжение на электроды данного устройства заставляло графен вибрировать, таким образом, производя звук. Различные звуки создаются при изменении уровня прикладываемого напряжения.
Тот факт, что в динамике используется очень тонкая мембрана из графена, позволяет избавиться от проблемы искусственного затухания звука, характерной для многих коммерческих устройств. В обычных динамиках затухание приводит к тому, что появляются нежелательные изменения частотной характеристики. В отличие от этих устройств, мембрана динамика из графена затухает только из-за сопротивления окружающего воздуха. С одной стороны, это делает устройство идеальным, к примеру, для прослушивания музыки. С другой - означает, что динамик теоретически может работать за счет нескольких нано-усилителей, т.е. расходовать гораздо меньше энергии, чем обычные колонки. Это преимущество особенно важно для получивших в последнее время большое распространение портативных устройств, к примеру, смартфонов, ноутбуков и планшетов.
В ходе экспериментов научная группа сравнила характеристики своего устройства и коммерческих наушников того же размера (Sennheiser MX-400). Измерения показали, что точность передачи звука двумя устройствами в диапазоне от 20 Гц до 20 КГц сопоставима (а по некоторым характеристикам графеновое устройство даже обошло коммерческий аналог). Стоит также отметить, что устройство описанной конфигурации также может функционировать в качестве микрофона.
Команда утверждает, что примененный метод осаждения пленки графена из парообразного состояния достаточно легок для повторения и может эффективно расширяться для получения мембран большей площади. Подробная информация о проекте была опубликована на сервере arXiv.
Также по теме:
- Наномембраны из кремния могут обеспечить восстановление утраченной чувствительности пальцев и множество интересных дополнительных функций
- «Атомный коллапс» в графене
- Трехстенные углеродные нанотрубки могут быть гораздо полезнее одностенных
- «Горячие» электроны остынут в графене, благодаря «суперсоударениям»
- Нанорезонатор поможет графену активнее поглощать свет
Источники: