Горячие трубки громко сыграли музыку с нанолиста
Слово «нанотехнологии» на данный момент неизвестно, пожалуй, лишь младенцам – так довольно часто упоминается оно во всех современных средствах массовой информации. Но, простому смертному вовсе не обязательно осознавать, что же это такое, для него основное итог.
Один вот таковой вот впечатляющий итог изучения микроскопических объектов сравнительно не так давно показали японские учёные, проиграв на полупрозрачном странице из нанотрубок музыку.
Страницы углеродных нанотрубок смогут трудиться как громкоговорители, информируют химики из пекинского университета Цинхуа (Tsinghua University).
Углеродные нанотрубки (carbon nanotubes — CNTs) шепетильно исследуют последние двадцать лет. Какое лишь использование им ни прогнозировали и придумывали: в качестве нитей для космических лифтов, устройств хранения водородного горючего, чипов компьютерной памяти и охлаждающих интерфейсов для них же и без того потом.
Но до сих пор никто не догадывался протестировать звуковые особенности наноструктур.
Команда китайских учёных под управлением Шоушаня Фаня (Shoushan Fan) и их коллеги из университета Пекина (Beijing Normal University) создали узкий лист из выровненных в одном направлении нанотрубок диаметром порядка 10 нанометров.
Громкоговоритель размером с страницу формата A4 (фото Jiang Kaili et al.).
В то время, когда они попытались подать на него ток (с частотой аудиосигнала), оказалось, что лист может издавать звуки, словно бы совсем плоский динамик.
Дабы представить, что данное открытие значит для всей музыкальной индустрии, нужно осознать, как устроены стандартные громкоговорители.
Обычный громкоговоритель складывается из трёх главных элементов: диффузора, подвижной катушки из постоянного магнита и проволоки. При подаче электрического сигнала на выводы катушки на её полюсах появляется магнитное поле, которое взаимодействует с полем магнита.
В следствии катушка вместе с диффузором начинает перемещаться довольно последнего. Эти сдвиги приводят к воздуха и, как следствие, появляется звук.
Сначала команда Фаня сделала вывод, что лист также движется, но показания лазерного виброметра свидетельствовали – никакого перемещения нет. Тогда учёные сделали вывод, что дело в термоакустическом эффекте.
Изображение плёнки из углеродных нанотрубок, полученное посредством сканирующего электронного микроскопа (фото Jiang Kaili et al.).
Предстоящие анализы продемонстрировали, что ток, проходящий по странице, изменяет его температуру в пределах 20-80 градусов по шкале Цельсия. Эти очень стремительные колебания температуры изменяют давление воздуха вблизи страницы, что со своей стороны ведет к появлению звука.
Вообще-то данное явление было найдено более века назад Уильямом Генри Присом (William Henry Preece) и Карлом Фердинандом Брауном (Karl Ferdinand Braun). Эти учёные узнали, что кроме того узкую железную фольгу возможно вынудить издавать звук, легко передав через неё переменный ток (так показалось устройство называющиеся «термофон»).
Но ему не суждено было снискать славу телефона, поскольку полученный звук был через чур негромким.
Одновременно с этим лист из углеродных нанотрубок звучит очень звучно.
Это обусловлено необыкновенными особенностями нанотрубок, считает Фань. «Главным параметром, определяющим силу звука, есть удельная теплоёмкость материала», — говорит он.
Удельная теплоёмкость вещества — это количество тепловой энергии, нужной для увеличения температуры одного килограмма вещества на один кельвин.
К примеру, у страницы из углеродных нанотрубок она в 260 раз меньше, чем у платиновой фольги. Это указывает, что первый воспроизводит звуковые волны в 260 раз действеннее, другими словами звучит существенно громче.
Громкоговоритель из страницы углеродных нанотрубок не теряет в качестве воспроизведения музыки, кроме того в то время, когда растягивается вдвое от начальной длины.
Видео возможно взглянуть тут (MOV-файл, 3,6 мегабайта) (фото Jiang Kaili et al.).
Динамики на нанотрубках имеют массу преимуществ перед стандартными «колонками», отмечают исследователи. Они будут трудиться кроме того при частичном повреждении страницы (так как они не колеблются).
Их возможно растягивать и сгибать под размер и любую форму, пишут учёные в собственной статье в издании Nano Letters.
Цилиндрический динамик из страницы углеродных нанотрубок может распространять звук во всех направлениях (диаметр — 9, высота – 8,5 сантиметра) (фото Jiang Kaili et al.).
Помимо этого, в растянутом состоянии лист прозрачен, а это указывает, что его возможно хоть на жидкокристаллический монитор натянуть, а он всё равняется будет звучать, замещая тем самым хорошие динамики. Смотрите, как страницей накрыли экран плеера iPod, – впечатляющее видео (MOV-файл, 4 мегабайта).
Но фантазия химиков ушла ещё дальше: потренировавшись на знамёнах, они уже мечтают о «говорящих и поющих куртках». Весьма интересно, как учёные думают совладать с нагревом до 80 °C?
А как быть со ценой изделий? Так как до тех пор пока что получение углеродных нанотрубок обходится не так уж и дёшево.
Вторая несколько учёных, которой командует Ховард Шмидт (Howard Schmidt) из университета Райса в Хьюстоне (Rice University), сейчас кусает локти. «Это так легко! И из-за чего мы не додумались об этом раньше?» — сетует Шмидт.
Сейчас эти физики желают изучить, как прекрасно подобные громкоговорители будут трудиться в жидкости. Устройства на базе нанотрубок имели возможность бы стать подводными сонарами.
Специалист по нанотехнологиям Сиз Деккер (Cees Dekker) из технологического университета Делфта (Delft University of Technology) также весьма заинтересовался этим изучением. «Поразительно, как много применений возможно отыскать углеродным нанотрубкам», — подытожил он.
