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，來自埃克塞特大學（University of Exeter）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。但是埃克塞特大學的研究團隊，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（Thermal Vibration）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，埃克塞特大學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。

圖 | 石墨烯的蜂窩結構與石墨烯聲波信號發(fā)生器芯片

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（Dr David Horsell）是該文章的第一作者，現(xiàn)任埃克塞特大學高級講師，也是量子系統(tǒng)和納米材料研究組（the Quantum Systems and Nanomaterials Group）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。”