美國加州大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)家使用石墨烯構(gòu)建了輕質(zhì)的超聲揚聲器和話筒，使人們能夠模仿蝙蝠或海豚的能力，去使用超聲作為信息交流，和對周圍物體的測距和測速。就現(xiàn)實應(yīng)用而言，無線超聲器件彌補了射頻器件在某些環(huán)境下無法使用的困境，例如水下。而且石墨烯無線超聲器件的保真度比現(xiàn)有超聲或聲納器件高很多。這個手段還能夠使信號穿透物體，例如鋼，這是電磁波達不到的。
“海洋哺乳動物和蝙蝠使用超聲來回聲定位和交流，但是人類還沒有充分的開拓這個領(lǐng)域，依我來看，是因為技術(shù)尚未成熟。”美國加州大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)家 Zettl說“直到現(xiàn)在，我們還沒有好的寬帶超聲發(fā)射器和接收器，這些新的器件是一個技術(shù)機遇�！�
揚聲器和話筒都是用鼓膜，一般由紙和塑料制造。它們通過震動去產(chǎn)生聲音或者探測聲音。在新的器件里的鼓膜是石墨烯薄膜，它們只有一個原子厚度，但是擁有好的韌性，強度，并且質(zhì)量輕，因此能夠?qū)拇温暡?小于20赫茲)到超聲波（大于20千赫茲）的聲音得以響應(yīng)。人類能夠聽到20赫茲至20千赫茲之間的聲音，而蝙蝠只能聽到千赫茲的范圍（9-200千赫茲）。石墨烯的揚聲器和話筒甚至可以在小于20赫茲和高于500千赫茲的頻率范圍工作。
石墨烯由碳原子的六圓環(huán)結(jié)構(gòu)組成，這個結(jié)構(gòu)造就了堅韌的輕薄的薄膜。它所擁有的獨特的電子性質(zhì)，讓物理學(xué)界在過去的20多年感到興奮�！笆褂檬┰陔娮雍图{米器件領(lǐng)域是一個熱門話題。但是這些應(yīng)用離現(xiàn)實還有一段距離”Zettl說,“話筒和揚聲器是那些距產(chǎn)業(yè)化最近的器件之一，因為我們已經(jīng)找到了怎樣來大規(guī)模制備的簡單方法”。此工作已經(jīng)于本周在美國科學(xué)院院刊刊登。
兩年前周勤（音譯）用石墨烯薄膜作為鼓膜搭建了揚聲器，從那時起他開始研發(fā)基于類似于揚聲器的石墨烯鼓膜的話筒。
石墨烯最大的好處是單層原子結(jié)構(gòu)非常輕薄，以至于對電子脈沖不同頻率有好的響應(yīng)。而今天的壓電話筒和揚聲器做不到這一點。這樣的性質(zhì)非常便于超聲發(fā)生器與接收器同時使用不同的頻道去傳輸大量的信息，或者像聲納一樣去測量距離。“因為我們的薄膜非常的輕，它有非常寬的頻率響應(yīng)，而且它能夠產(chǎn)生尖銳的脈沖，所以在測量距離上比傳統(tǒng)的方法精確很多。”周說。石墨烯膜也更加高效的能量利用，它可以將超過99%的能量用來驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)換成聲音，而今天的常規(guī)揚聲器和耳機只有8%轉(zhuǎn)換為聲音。Zettl預(yù)言未來的通訊器件，像手機，不僅僅使用電磁波射頻而且也使用聲音和超聲進行高定向和長距離的信息傳輸。 “石墨烯是一種神奇的材料;它完美滿足了通訊器件的關(guān)鍵需求” 他說。
當初，周勤將此工作告訴夫人鄭女士。鄭女士建議使用這樣的器件去捕捉那些人耳無法聽到的聲音。于是，周將該設(shè)備安裝在公園。當他們將記錄到的聲音以八分之一的速度慢放，把高頻轉(zhuǎn)變成了人耳可聽到的音頻。他們對這樣高保真的蝙蝠的聲音很驚訝。
“這個器件足以輕巧的安裝在蝙蝠的身上，去監(jiān)聽蝙蝠聽到了什么”周說。
伯克利的蝙蝠專家Michael Yartsev說：這些新的話筒將非常有價值，可以用來研究高頻的音頻信號，例如蝙蝠使用的頻率。石墨烯的使用允許我們在一個寬泛的頻率范圍內(nèi)獲得非常均衡的頻率響應(yīng)，包括超聲波，并且將使我們精細的研究被蝙蝠使用那些聲音信號。Zettl指出，音響發(fā)燒友也會因此而得益于這項技術(shù)。
幾年前，基于石墨烯的揚聲器和話筒幾乎不可能存在。這是因為制作獨立石墨烯薄膜的困難。Zettl說：“但是經(jīng)過過去的十年石墨烯科研人員的共同努力，發(fā)展出了生長/轉(zhuǎn)移/固定石墨烯技術(shù)，而且量產(chǎn)已經(jīng)變得容易�！�
二維碳素翻譯自： 加州大學(xué)伯克利分校網(wǎng)站