Углеродные нанотрубки скоро зазвучат с телевизионных экранов

06.11.2008



Кусочек пленки из углеродных нанотрубок (УНТ) может служить как безмагнитный громкоговоритель, если через него пропустить ток с аудиочастотной модуляцией. Группа китайских учёных, состоящая из научных работников пекинских университетов Шушан Фан, Циньхуа и Пекинского Нормального Университета (Beijing Normal University) обнаружила, что подача электрического тока, промодулированного акустической частотой, на лист УНТ — заставляет последний генерировать звуки.

Такие громкоговорители в несколько десятков нанометров толщиной — прозрачны, упруги, и им может быть придана практически любая форма. Их можно смонтировать на разного рода поверхностях-изоляторах, таких как стены и потолки, колонны, окна, флаги, одежда. Они способны генерировать звук высокой силы в широком частотном диапазоне и с малыми искажениями.

До настоящего времени никто серьезно не исследовал акустические свойства УНТ.

В ходе экспериментов было установлено, что в отличие от традиционных звуковых динамиков, которые генерируют звук путем создания вибраций в молекулах окружающего воздуха, УНТ-громкоговоритель вибраций не излучает. Он работает как термоакустическое устройство: ток проходит через УНТ-лист, создавая быстрые колебания температуры от комнатной до приблизительно 80 градусов по Цельсию. Это вызывает колебания давления в окружающем воздухе, генерируя звук, в то время как сам УНТ-лист остается неподвижным.

Одно из основных достоинств такого динамика заключается в том, что, если даже часть листа из нанотрубок отломится, он будет продолжать производить звук. Впрочем, УНТ отличаются высокой прочностью.

Впервые термоакустический эффект был открыт в конце XIX века, тогда учёные пропустили ток через тонкую фольгу с целью получения звукового эффекта, в результате был изобретён «термофон». В случае с нанодинамиком использован тот же принцип, однако, УНТ-лист работает много эффективнее, чем фольга, поскольку не требует так много тепла для существенного повышения температуры. В частности, тепловая ёмкость листа из нанотрубок в 260 раз меньше, чем платиновой фольги. Это делает нанотрубки в 260 раз более чувствительными. Они более эффективны и способны генерировать более громкий звук.

Китайские ученые надеются, что их открытие приведет к разработке дешевых плоских динамиков. Уже в скором будущем оно может быть применено для замены традиционных динамиков в телевизорах и мониторах на «звучащие экраны», возможно и появление спецодежды с вмонтированными громкоговорителями.

Доктор физико-математических наук, руководитель группы дисперстных углеродных материалов Института проблем химической физики Российской академии наук, Анатолий Кристинин считает, что перспективы промышленного применения открытия китайских ученых пока не вполне очевидны: «Все зависит от того в каких количествах будут присутствовать углеродные нанотрубки в конечном продукте. Например, в топливных ячейках можно использовать однослойные нанотрубки в качестве носителя для катализатора. Расход материала на один квадратный сантиметр получается по стоимости всего несколько центов. Это при том, что сами нанотрубки пока весьма дороги. Один грамм чистого материала стоит порядка ста долларов.

Если речь идет о создании мониторов-динамиков, то это супертонкие слои, расход материала очень низкий и такая продукция по цене может быть вполне конкурентоспособной. Другое дело, что пока не ясны частотные характеристики таких динамиков. Существующие, отработанные технологии дают потрясающее качество звука. Выйти на подобные характеристики с УНТ будет не так просто. Так что вряд ли следует ожидать очень уж быстрого внедрения этого открытия в производство».

STRF.ru

©РАН 2020