石墨烯“发声” 电子通信行业受冲击

　　新型石墨烯声波信号发生器只有指甲盖大小，能够将不同频率的声波混合、放大和均衡。

　　石墨烯自2010年发现以来一直是材料界研究的热门，应用面也十分广泛。而最近，来自埃克塞特大学(University of Exeter)的研究者使用石墨烯制作声波信号发生器，能够产生可控的复杂声波信号。

　　研究团队表示这样的信号发生器将有可能取代耳机或耳机中的重要元件，也将有可能颠覆整个音频和电子通信行业。

　　一般来说，耳机由扬声器、放大器和均衡器组成，而这些元件现在都可以集成在指甲盖大小的芯片中。传统的扬声器利用震动来发出声音，即利用电信号控制电磁铁和永磁铁之间的吸斥作用并带动振膜(Vibration)发出声音。

　　这也就是这款耳机发声的基本原理，这是一项十分成熟的技术，在过去的一个多世纪里几乎没有什么变化。但是埃克塞特大学的研究团队，将该技术改良和简化，新型石墨烯声波信号发生器中已经不存在需要移动或者震动的元件，只采用了一层薄薄的石墨烯薄膜。

　　这样一层石墨烯薄膜的厚度几乎达到了原子级，能够根据输入的电流大小将自身的温度升高或降低。而发声的原理其实也和震动有关，即以石墨烯薄膜的热波动(Thermal Vibration)带动空气震动来发出声音。

　　而这就是热量转化为声能的能量转化，这在科学界并不是新鲜事。不过，埃克塞特大学的研究团队却是第一个在热-声转化过程中实现不同频率声波的叠加、放大以及均衡。更加难得的是，所有的这一切都发生在这样一个指甲盖大小的芯片里。

　　图 | 石墨烯的蜂窝结构与石墨烯声波信号发生器芯片

　　该技术的详细情况以论文的形式发表在《科学快报》上，大卫·霍西尔博士(Dr David Horsell)是该文章的第一作者，现任埃克塞特大学高级讲师，也是量子系统和纳米材料研究组(the Quantum Systems and Nanomaterials Group)中的研究成员。

　　霍西尔博士从石墨烯的发声原理出发向我们作了解释：“热-声转化起初并没有受到大家多少关注，因为这种形式的能量转化被认为是低效的，所以才没有很多相关的实际应用。

　　我们并没有从能量转化角度来看，相反我们仅仅考虑声音是如何产生的。我们发现控制石墨烯的导通电流能够产生声音，并且能够精确改变各个频率声波的大小。这种声波放大以及控制机制毫无疑问将开启我们从未涉足的应用领域。”

　　不要忘了，石墨烯材料是几乎透明的，那么这种既能产生声波又能透光的性能必然会在视听技术中掀起革新的风潮。想象一下，既能显示又能发声的新型手机屏幕一定大受欢迎。只是，以后换屏是不是又要涨价了。

　　研究团队已经尝试将该项技术应用于超声波成像中，能用于医院以及其他医疗机构。对于新技术的应用，霍西尔博士表示：“其实发出声音是一部分，而将不同频率的声波混合在一起是更加关键的一步。对于高效地产生超声波或者次声波也是很重要的。

　　不过，石墨烯声波信号发生器几乎是毫无难度地就将这样的功能实现了，这必然会对电子通信行业造成不小的冲击。”