一项石墨烯发明，一场音乐盛宴

自从安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫使用胶带从一块石墨中分离出单层碳原子（即石墨烯），并获得诺贝尔奖，短短15年，推动了超薄材料研发的一场革命。

石墨烯和其他二维材料展现出奇特的性能，研究人员希望将其应用于一系列应用中，从包装到功能更强大、更紧凑的计算机处理器中的微型晶体管，到体积更小、精度更高的传感器，柔性数字显示器以及 量子计算机的新潮流。

美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科学家们在许多方面帮助推动了对超薄材料的研究，他们利用专门的工具和技术来制造超薄材料，并在纳米和原子尺度上研究其结构和特性。

现在，加州一家名为GraphAudio的公司(https://www.graphaudio.com/)正致力于将由伯克利实验室和加州大学伯克利分校的研究人员开发的基于石墨烯的音频技术商业化，以刺激一场音频革命。

GraphAudio首席执行官拉梅什·拉姆钱达尼(Ramesh Ramchandani)表示，公司的目标是利用获得许可的技术制造石墨烯组件，供其他公司在其产品中使用。

他说，他预计GraphAudio的技术——可能在一到两年内提供给消费者——将是耳麦耳机和放大器中的石墨烯元件，这些元件将被整合到老牌音频产品制造商生产的产品中。

这项技术于2016年从伯克利实验室(Berkeley Lab)获得许可，涉及将石墨烯用于一种被称为换能器的发声元件，它可以改造多种设备，包括扬声器、耳塞和耳机、麦克风、自动车辆传感器、超声波和回声定位系统。

“我们研究石墨烯材料和结构数年了,这个传感器是一种应用程序出来,”Alex Zettl领导说,高级教师伯克利国家实验室的科学家和加州大学伯克利分校的物理学教授被GraphAudio技术许可的发明者之一。另一位发明者是周秦，他曾是伯克利实验室的博士后研究员，现在是内布拉斯加大学林肯分校的助理教授。

通过他们团队的研究开发的换能器使用一种小的、几层厚的石墨烯薄膜，这种薄膜可以将电信号转换成声音。

“它有点像一个鼓，有一个圆形的框架，上面覆盖着薄膜，”泽特尔说。石墨烯薄膜直径约为1厘米。薄膜和支撑框架夹在硅基电极之间，硅基电极由交流电压驱动。

电场使石墨烯薄膜振动并以一种有效、可控的方式发声。这种被称为静电换能器的设计比传统的设计需要更少的部件和更少的能量，而传统的设计则需要线圈和磁铁。

“当我们用电子音频信号驱动它时，它就像一个扬声器，”泽特尔说。

在一些流行的入耳式耳机中，只有大约10%的电能转化为声音，其余的则以热能的形式流失。不过，石墨烯换能器可以将大约99%的能量转化为声音。

此外，石墨烯换能器几乎没有失真，在非常宽的声频范围内具有非常“平坦”的响应——甚至远远超出了人耳的听力范围。泽特尔说:“这意味着，在高频段和低频段，声音的质量都是一样的，不仅仅是在音频频段，从亚音速一直到超声波都是如此。”“这几乎是前所未有的。”

由于这种巨大的带宽，基于石墨烯的传感器可以用于水下通信的回声定位系统，例如，在碎石遍布的环境中定位幸存者的超声波系统，以及子宫中胎儿的高质量成像。

泽特尔指出，石墨烯换能器在扬声器中工作良好的特性也可以用于制造高质量麦克风。“我们在实验室里展示了这两种技术。它们都有商业化的潜力。”

格拉霍迪奥的拉姆钱达尼(Ramchandani)说，公司在1月份的消费电子展上展示的格拉霍迪奥样品耳机和麦克风，引发了与潜在合作伙伴的一些富有成效的讨论，以及一些消费者体验，他说这些体验引发了“哇”的反响。

该公司称，其技术的音质非常清晰，可以从交响乐团中分辨出单个乐器的音调。

Ramchandani指出，平板电视技术几乎完全取代了体积更大、重量更重的阴极射线管电视，他预计音频产品也会发生类似的转变。

格拉霍迪奥授权的技术可能会带来的产品包括嵌入汽车内部天花板的超薄车载扬声器，用于改善环绕声体验，以及改进的车载传感器，这些传感器依靠双向回声定位来避免车辆碰撞。

资讯来源：phys.org，由Carbontech编译并整理，转载请注明出处

end