石墨烯會是顯示技術的未來？假如石墨烯會發(fā)聲會怎么樣？
來源：未知
2019-04-09 18:50
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安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在2010年憑借石墨烯拿到諾貝爾物理學獎后，無數(shù)人蜂擁而至，企圖在這一領域早早占下一席之地。當然不可否認他們當中有一些是物理科學的狂熱愛好者，對這一可以在非絕對零度下穩(wěn)定存在的二維晶體感到興奮，并想更加深入的了解。但是更多夾在其中的是各路商人以及投機者，想要搭著名號和概念撈上一筆。五年過去了，我們?nèi)晕纯吹饺魏螌嵸|性的突破，那些活在實驗室中的小東西們沒有一樣能夠真正走入市場?，F(xiàn)在，荷蘭代爾夫特理工大學的研究人員又在石墨烯身上挖掘出了一些新的前景。
原則上講，石墨烯是一種幾乎完全透明的材料，只會吸收2.3%的光，以至于幾乎完全不會反射光線。但是研究人員使用雙層石墨烯形成石墨烯泡沫，并將其覆蓋在氧化硅板上。氧化硅板有大約十倍于人類頭發(fā)寬度的孔，而擋石墨烯橫跨這些孔腔時，石墨烯氣泡會根據(jù)壓力變化而膨脹或收縮，改變了光線的折射角度，從而在硅化板孔隙中不斷折射，最終投射出不同的顏色。當然最主要的還是石墨烯那略顯極端的物理性質。由于只有單層分子，電子在石墨烯中的傳導速度是其他導體無法比擬的。研究人員們認為這可能會衍發(fā)出一種新的顯示技術，石墨烯組成的“機械像素”將會比LED屏幕更加的耐用和節(jié)能，并且也更加靈活，易于控制。
但是問題在于，現(xiàn)在根本無法做到精準的控制每個石墨烯泡沫的壓力，而且原子級的石墨烯材料在固定問題上也非常難以解決。為了黏著在基層表面，需要加入高分子材質，但因為高分子材質的導電、導熱性差，反而拖累了石墨烯的優(yōu)異性質。而且即使是石墨烯泡沫的顏色變化也非常難以控制，目前甚至無法篩出純凈的紅色或藍色。
2004年安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在實驗室中通過機械剝離法成功的從石墨中分離出了石墨烯，證明了它可以單獨存在的可能。但是十二年過去了，這一神奇材料的制作還是只能仰仗笨重的機械分離法。即使是外行人，只需要知道這是一種將原材料不停的機械式層層剝離，最終獲得原子級材料的方式，就知道它的工業(yè)量產(chǎn)化在當下可以說是幾乎不可能完成的任務，而氧化還原法和SiC外延法也都無法平衡成本與良品率。所以就目前而言，石墨烯還是只適合安安靜靜的待在實驗室中做一個高冷的超級材料，至于量產(chǎn)化甚至商用，還是不要對它抱有太多期待了。新型石墨烯聲波信號發(fā)生器只有指甲蓋大小，能夠將不同頻率的聲波混合、放大和均衡。
石墨烯自2010年發(fā)現(xiàn)以來一直是材料界研究的熱門，應用面也十分廣泛。而最近，來自?？巳卮髮W（UniversityofExeter）的研究者使用石墨烯制作聲波信號發(fā)生器，能夠產(chǎn)生可控的復雜聲波信號。
研究團隊表示這樣的信號發(fā)生器將有可能取代耳機或耳機中的重要元件，也將有可能顛覆整個音頻和電子通信行業(yè)。
一般來說，耳機由揚聲器、放大器和均衡器組成，而這些元件現(xiàn)在都可以集成在指甲蓋大小的芯片中。傳統(tǒng)的揚聲器利用震動來發(fā)出聲音，即利用電信號控制電磁鐵和永磁鐵之間的吸斥作用并帶動振膜（Vibration）發(fā)出聲音。
這也就是這款耳機發(fā)聲的基本原理，這是一項十分成熟的技術，在過去的一個多世紀里幾乎沒有什么變化。但是?？巳卮髮W的研究團隊，將該技術改良和簡化，新型石墨烯聲波信號發(fā)生器中已經(jīng)不存在需要移動或者震動的元件，只采用了一層薄薄的石墨烯薄膜。
這樣一層石墨烯薄膜的厚度幾乎達到了原子級，能夠根據(jù)輸入的電流大小將自身的溫度升高或降低。而發(fā)聲的原理其實也和震動有關，即以石墨烯薄膜的熱波動（ThermalVibration）帶動空氣震動來發(fā)出聲音。
而這就是熱量轉化為聲能的能量轉化，這在科學界并不是新鮮事。不過，?？巳卮髮W的研究團隊卻是第一個在熱-聲轉化過程中實現(xiàn)不同頻率聲波的疊加、放大以及均衡。更加難得的是，所有的這一切都發(fā)生在這樣一個指甲蓋大小的芯片里。
該技術的詳細情況以論文的形式發(fā)表在《科學快報》上，大衛(wèi)·霍西爾博士（DrDavidHorsell）是該文章的第一作者，現(xiàn)任?？巳卮髮W高級講師，也是量子系統(tǒng)和納米材料研究組（theQuantumSystemsandNanomaterialsGroup）中的研究成員。
霍西爾博士從石墨烯的發(fā)聲原理出發(fā)向我們作了解釋：“熱-聲轉化起初并沒有受到大家多少關注，因為這種形式的能量轉化被認為是低效的，所以才沒有很多相關的實際應用。
我們并沒有從能量轉化角度來看，相反我們僅僅考慮聲音是如何產(chǎn)生的。我們發(fā)現(xiàn)控制石墨烯的導通電流能夠產(chǎn)生聲音，并且能夠精確改變各個頻率聲波的大小。這種聲波放大以及控制機制毫無疑問將開啟我們從未涉足的應用領域。”
不要忘了，石墨烯材料是幾乎透明的，那么這種既能產(chǎn)生聲波又能透光的性能必然會在視聽技術中掀起革新的風潮。想象一下，既能顯示又能發(fā)聲的新型手機屏幕一定大受歡迎。只是，以后換屏是不是又要漲價了。
研究團隊已經(jīng)嘗試將該項技術應用于超聲波成像中，能用于醫(yī)院以及其他醫(yī)療機構。對于新技術的應用，霍西爾博士表示：“其實發(fā)出聲音是一部分，而將不同頻率的聲波混合在一起是更加關鍵的一步。對于高效地產(chǎn)生超聲波或者次聲波也是很重要的。
不過，石墨烯聲波信號發(fā)生器幾乎是毫無難度地就將這樣的功能實現(xiàn)了，這必然會對電子通信行業(yè)造成不小的沖擊。”
原則上講，石墨烯是一種幾乎完全透明的材料，只會吸收2.3%的光，以至于幾乎完全不會反射光線。但是研究人員使用雙層石墨烯形成石墨烯泡沫，并將其覆蓋在氧化硅板上。氧化硅板有大約十倍于人類頭發(fā)寬度的孔，而擋石墨烯橫跨這些孔腔時，石墨烯氣泡會根據(jù)壓力變化而膨脹或收縮，改變了光線的折射角度，從而在硅化板孔隙中不斷折射，最終投射出不同的顏色。當然最主要的還是石墨烯那略顯極端的物理性質。由于只有單層分子，電子在石墨烯中的傳導速度是其他導體無法比擬的。研究人員們認為這可能會衍發(fā)出一種新的顯示技術，石墨烯組成的“機械像素”將會比LED屏幕更加的耐用和節(jié)能，并且也更加靈活，易于控制。
但是問題在于，現(xiàn)在根本無法做到精準的控制每個石墨烯泡沫的壓力，而且原子級的石墨烯材料在固定問題上也非常難以解決。為了黏著在基層表面，需要加入高分子材質，但因為高分子材質的導電、導熱性差，反而拖累了石墨烯的優(yōu)異性質。而且即使是石墨烯泡沫的顏色變化也非常難以控制，目前甚至無法篩出純凈的紅色或藍色。
2004年安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在實驗室中通過機械剝離法成功的從石墨中分離出了石墨烯，證明了它可以單獨存在的可能。但是十二年過去了，這一神奇材料的制作還是只能仰仗笨重的機械分離法。即使是外行人，只需要知道這是一種將原材料不停的機械式層層剝離，最終獲得原子級材料的方式，就知道它的工業(yè)量產(chǎn)化在當下可以說是幾乎不可能完成的任務，而氧化還原法和SiC外延法也都無法平衡成本與良品率。所以就目前而言，石墨烯還是只適合安安靜靜的待在實驗室中做一個高冷的超級材料，至于量產(chǎn)化甚至商用，還是不要對它抱有太多期待了。新型石墨烯聲波信號發(fā)生器只有指甲蓋大小，能夠將不同頻率的聲波混合、放大和均衡。
石墨烯自2010年發(fā)現(xiàn)以來一直是材料界研究的熱門，應用面也十分廣泛。而最近，來自?？巳卮髮W（UniversityofExeter）的研究者使用石墨烯制作聲波信號發(fā)生器，能夠產(chǎn)生可控的復雜聲波信號。
研究團隊表示這樣的信號發(fā)生器將有可能取代耳機或耳機中的重要元件，也將有可能顛覆整個音頻和電子通信行業(yè)。
一般來說，耳機由揚聲器、放大器和均衡器組成，而這些元件現(xiàn)在都可以集成在指甲蓋大小的芯片中。傳統(tǒng)的揚聲器利用震動來發(fā)出聲音，即利用電信號控制電磁鐵和永磁鐵之間的吸斥作用并帶動振膜（Vibration）發(fā)出聲音。
這也就是這款耳機發(fā)聲的基本原理，這是一項十分成熟的技術，在過去的一個多世紀里幾乎沒有什么變化。但是?？巳卮髮W的研究團隊，將該技術改良和簡化，新型石墨烯聲波信號發(fā)生器中已經(jīng)不存在需要移動或者震動的元件，只采用了一層薄薄的石墨烯薄膜。
這樣一層石墨烯薄膜的厚度幾乎達到了原子級，能夠根據(jù)輸入的電流大小將自身的溫度升高或降低。而發(fā)聲的原理其實也和震動有關，即以石墨烯薄膜的熱波動（ThermalVibration）帶動空氣震動來發(fā)出聲音。
而這就是熱量轉化為聲能的能量轉化，這在科學界并不是新鮮事。不過，?？巳卮髮W的研究團隊卻是第一個在熱-聲轉化過程中實現(xiàn)不同頻率聲波的疊加、放大以及均衡。更加難得的是，所有的這一切都發(fā)生在這樣一個指甲蓋大小的芯片里。
該技術的詳細情況以論文的形式發(fā)表在《科學快報》上，大衛(wèi)·霍西爾博士（DrDavidHorsell）是該文章的第一作者，現(xiàn)任?？巳卮髮W高級講師，也是量子系統(tǒng)和納米材料研究組（theQuantumSystemsandNanomaterialsGroup）中的研究成員。
霍西爾博士從石墨烯的發(fā)聲原理出發(fā)向我們作了解釋：“熱-聲轉化起初并沒有受到大家多少關注，因為這種形式的能量轉化被認為是低效的，所以才沒有很多相關的實際應用。
我們并沒有從能量轉化角度來看，相反我們僅僅考慮聲音是如何產(chǎn)生的。我們發(fā)現(xiàn)控制石墨烯的導通電流能夠產(chǎn)生聲音，并且能夠精確改變各個頻率聲波的大小。這種聲波放大以及控制機制毫無疑問將開啟我們從未涉足的應用領域。”
不要忘了，石墨烯材料是幾乎透明的，那么這種既能產(chǎn)生聲波又能透光的性能必然會在視聽技術中掀起革新的風潮。想象一下，既能顯示又能發(fā)聲的新型手機屏幕一定大受歡迎。只是，以后換屏是不是又要漲價了。
研究團隊已經(jīng)嘗試將該項技術應用于超聲波成像中，能用于醫(yī)院以及其他醫(yī)療機構。對于新技術的應用，霍西爾博士表示：“其實發(fā)出聲音是一部分，而將不同頻率的聲波混合在一起是更加關鍵的一步。對于高效地產(chǎn)生超聲波或者次聲波也是很重要的。
不過，石墨烯聲波信號發(fā)生器幾乎是毫無難度地就將這樣的功能實現(xiàn)了，這必然會對電子通信行業(yè)造成不小的沖擊。”
