Пленкоговоритель: ученые создали прозрачную систему передачи звука
В России разработана не имеющая аналогов в мире прозрачная пленка, способная транслировать звук в широком диапазоне, а также поглощать разные шумы. Она состоит из тонкого слоя нанотрубок. Из созданного материала можно делать практически невидимые тончайшие динамики самых разных размеров и системы активного шумоподавления, которые пригодятся в многоквартирных домах. В ближайшее время разработчики планируют использовать пленку в ультразвуковой аппаратуре. С ее помощью можно будет, например, сканировать дно водоема или отпугивать животных, которые выходят на загородные трассы из леса.
Музыка нанотрубок
Углеродные нанотрубки — это свернутые в рулон листы графена, материала толщиной в один атом углерода. Высокий коэффициент прочности, превосходная тепло- и электропроводность, огнестойкость и другие характеристики данной структуры на порядок выше, чем у большинства известных материалов. Поэтому изучением свойств нанотрубок занимаются исследователи во всем мире.
Российским ученым удалось создать из них «говорящую пленку», которая воспроизводит звуковой сигнал за счет термоакустического эффекта. Под воздействием переменного тока, поступающего по проводам, нанотрубки нагреваются, что вызывает периодическое тепловое расширение внутри подложки и распространение звуковой волны. Получается практически прозрачный динамик.
— Это термоакустический громкоговоритель, — пояснил «Известиям» профессор, заведующий лабораторией наноматериалов Сколковского института науки и технологий, профессор РАН Альберт Насибулин. — Его главный плюс в том, что он способен создавать акустические волны в довольно широком диапазоне.
И стены заговорят
В зависимости от подложки, на которой расположены нанотрубки, устройство может быть гибким или твердым.
— С помощью этого материала можно как проигрывать музыку, так и работать с ультразвуком, — сообщил «Известиям» аспирант Сколтеха Степан Романов. — Мы получили лучшие показатели эффективности среди существующих материалов в термоакустическом процессе.
Как пояснил молодой ученый, в качестве динамиков в телефоне термоакустику применять невыгодно, это слишком энергозатратно. Однако технология открывает возможность делать прозрачные динамики больших размеров, которые можно нанести, например, на стены или другие поверхности.
Ограничения, связанные с энергоемкостью, говорят о том, что наиболее перспективным представляется применение «говорящей пленки» в сфере ультразвукового оборудования, работающего с частотами выше воспринимаемых человеческим ухом — более 20 тыс. герц.
Ультразвук во все стороны
Главное преимущество нового материала перед стандартными ультразвуковыми устройствами, которые используют в качестве преобразователя звука пьезоэлементы (кристаллы), в том, что можно получить сигнал, уровень которого не сильно зависит от воспроизводимой частоты. Причем можно задать любую частоту: низкую, среднюю или высокую. Еще один плюс нового динамика в том, что он распространяет звук не в одну сторону, а во все одновременно.
«Говорящую пленку» предлагают использовать для калибровки ультразвукового оборудования, систем ориентирования роботов, а также для водной локации различных аппаратов и санации дна.
— К нам обращались также строители крупных автотрасс, предлагали использовать этот материал для отпугивания крупных животных. Например, лосей, которые выбегают на дороги и провоцируют аварии, — отметил Степан Романов. — С помощью ультразвука эту проблему можно решить довольно легко, он некомфортен для животных и заставляет их уходить обратно в лес.
Перспективное изобретение
«Говорящая пленка» — очень интересное и перспективное с точки зрения промышленности изобретение, уверен заведующий кафедрой прикладной и технической физики ТюмГУ Борис Григорьев.
— Сразу в голову пришла идея компактной системы активного шумоподавления. Например, если нанести его на поверхность стен в многоквартирном доме, можно до нуля снизить слышимость без использования традиционных пассивных систем, уменьшающих полезную площадь комнат. Известно, что от проблемы тонких межквартирных стен страдают многие жильцы, особенно в домах современной постройки, а мириться с «голосами за стеной» новоселам приходится всю жизнь. Если бы удалось усовершенствовать и адаптировать данное изобретение под эту задачу и вывести его в виде готового продукта на строительный рынок, при разумной цене огромный спрос ему обеспечен, — уверен Борис Григорьев.
Профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета Рауль Родригес также верит в перспективность нового типа динамиков.
— Прозрачность материала является серьезным преимуществом предложенной технологии, которое позволяет найти для нее широкое применение. Например, можно создать многофункциональные умные окна для зданий, которые можно использовать как динамики на частотах, доступных человеческому слуху, а высокие частоты применять для их самоочистки, — считает эксперт. — Гибкость и энергоэффективность материала дает возможность создавать из него портативные устройства, которые можно будет складывать для переноски и хранения, а затем легко разворачивать для использования в качестве громкоговорителя, — уверен эксперт.
Сейчас специалисты Сколтеха продолжают изучать свойства нового материала и обсуждают области его возможного применения с потенциальными коммерческими партнерами. В случае удачных переговоров промышленное производство приборов на основе «говорящей пленки» можно запустить в течение нескольких лет.
