Из пленки с нанопроволокой создали тонкий гибридный динамик

Корейские ученые создали гибридную пленку, состоящую из серебряных нанопроволок, помещенных в полимерную матрицу. На ее основе исследователи создали работающие прототипы динамика и микрофона, которые можно безопасно закреплять прямо на коже человека. Статья опубликована в журнале Science Advances.

Носимые устройства рассматриваются многими инженерами в качестве перспективной замены смартфону или другим устройствам для многих применений. Поскольку управлять небольшими носимыми устройствами не так удобно, разработчики предлагают использовать разные альтернативные способы управления, к примеру, с помощью жестов руки и пальцев, а также голосовых команд. Для этого устройство должно быть оборудовано микрофоном и динамиком, причем желательно, чтобы они были гибкими и не мешали повседневным движениям при ношении.

Хён Хёп Ко (Hyunhyub Ko) вместе с коллегами из Национального института науки и технологий Ульсана создали тонкую прозрачную проводящую пленку, которую можно использовать в качестве динамика или микрофона в носимых устройствах. Пленка представляет собой композит из двух материалов — серебряных проволок со средней длиной 20 микрометров и диаметром 35 нанометров, а также матрицы из парилена. Сначала ученые создавали на кремниевой подложке временный слой оксида цинка, на который с помощью стержня Мейера наносили нанопроволоки. Такой способ нанесения позволяет ориентировать вытянутые частицы по направлению нанесения. Ученые наносили их в перпендикулярных направлениях, благодаря чему они получили сетку из проволок. После этого с помощью химического осаждения из газовой фазы они наносили на серебряную сетку парилен, а затем удаляли временный слой из оксида цинка и получали свободные композитные пленки.

Получившиеся пленки оказались практически полностью прозрачными — прозрачность 93,1 процента в видимом диапазоне светового излучения. По сравнению с обычной париленовой пленкой композит с серебряными проволоками получился более прочным, а также электропроводным. Кроме того, ученые показали, что он хорошо прилегает и закрепляется на коже, несмотря на ее неровную поверхность.

Получившиеся пленки оказались практически полностью прозрачными — прозрачность 93,1 процента в видимом диапазоне светового излучения. По сравнению с обычной париленовой пленкой композит с серебряными проволоками получился более прочным, а также электропроводным. Кроме того, ученые показали, что он хорошо прилегает и закрепляется на коже, несмотря на ее неровную поверхность.

На основе пленки ученые создали два работающих прототипа. Один из них представляет собой динамик, состоящий из пленки и подключенных электродов. При пропускании переменного тока через пленку она нагревается, резко нагревает находящийся рядом окружающий воздух, что вызывает в нем акустические колебания. Ученые продемонстрировали работу динамика, проиграв на нем «Кампанеллу»:

Кроме динамика исследователи создали и микрофон, в основе которого лежит та же пленка. По сути, он представляет собой трибоэлектрический генератор. С двух сторон от пленки расположена пленка с вырезом из полидиметилсилоксана, а также структура из микропирамидок из того же материала. Два слоя подключены к измерительному устройству. Звуковые колебания заставляют пленку из композита колебаться, а, поскольку на ней сконцентрирован положительный заряд, изменение расстояния между слоями вызывает ток, по которому можно восстановить звук.