Графен, технологическая инновация Манчестерского университета, получившего Нобелевскую премию по физике в 2010 году, очень быстро нашел применение в различных отраслях промышленности. В настоящее время его используют для разработки сенсорных дисплеев, устройств для очистки воды, а также современных контактных линз ночного видения.
В этом году чудо-материал лег в основу еще одной технической инновации. Ученые создали микрофон, обладающий в 32 раза большей чувствительностью, чем стандартные устройства. Новое изобретение было описано в журнале 2D Materials.
Компактные репродукторы
По своей комплектации микрофоны имеют много общего с громкоговорителем. По сути, они и есть те же самые репродукторы, только работающие в обратном направлении, превращая звук в электрический ток. Когда вы произносите речь, в сторону микрофона распространяются волны. Они вызывают вибрации мембраны устройства, которые, в свою очередь, передаются на металлическую катушку. Затем начинается действие электромагнитных сил, передающихся через постоянный магнит. Они заставляют катушку совершать колебательные движения. На основе этих действий начинает генерироваться электрический ток, который постепенно перемещается к усилителю или устройству записи звука.
Чувствительная пленка
Обычно мембрана изготавливается из никеля, но в этом исследовании данный материал был заменен графеном. Как объяснил Марко Спасенович, автор научной статьи, в своем заявлении, физико-механические свойства вещества делают его идеальным выбором для создания конструкционного элемента микрофона. «Мы хотели показать, что графен имеет потенциал в развитии современных технологий. Учитывая малый вес, выраженную гибкость и высокую механическую прочность, он буквально просится стать звукопоглощающим материалом мембраны», - отметил исследователь.
Графеновую мембрану выращивали на основе никелевой фольги при помощи процесса, известного как химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Этот процесс представляет собой взаимодействие газообразных веществ с подложкой. После того как пары начали кристаллизоваться, образуя графен, никель постепенно удалили.
Тестирование
Производительность микрофона, как правило, тестируется и измеряется путем регистрации серии звуковых волн в определенном диапазоне частот (от 10 до 24 Гц). При этом отслеживаются вибрации мембраны. Чем больше они совпадают с перепадами звуковых волн, тем более чувствительным считается микрофон. Результаты тестирования графеновых мембран заметно отличились от проверки стандартных никелевых изделий. Новый материал показал свою высокую чувствительность – он проявил реакцию на звуковые волны частотой до 11 килогерц.
Исследователи также смоделировали мембрану, состоящую из трехсот слоев графена. Они предположили, что и без того высокочувствительные пленки при соединении станут еще более восприимчивыми к звуковым волнам. Однако пока что модель находится лишь на экспериментальном уровне. По предварительным расчетам ученых, она сможет реагировать на ультразвуковые волны частотой до одного мегагерца.
В любом случае это исследование показывает, что с помощью графена в будущем, вероятно, начнут изготавливаться высокочувствительные микрофоны. Такие устройства смогут распространять звук, передавая в нем даже самые мелкие детали.
