圖片來源：Ulsan National Institute of Science and Technology
“在我的BGM里，沒人能夠打敗我”——這將不再是影視劇人物的專屬：現(xiàn)在，在手指上貼一塊堪比紋身的納米薄膜，便能隨身自帶麥克風(fēng)和揚聲器了。來自韓國蔚山科學(xué)技術(shù)大學(xué)（Ulsan National Institute of Science and Technology）的科學(xué)家，他們利用正交銀納米線陣列，制造出了一款納米級厚度的超薄、透明的雜化納米薄膜。該薄膜良好的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能，使其能制造成可穿戴的揚聲器和麥克風(fēng)，并且還具有優(yōu)異的人聲識別功能。這項成果于 8 月 3 日發(fā)表在?Science Advances?上。
薄如蟬翼的秘密
該文章的通訊作者，Hyunhyub Ko 和他的研究團隊選擇了雜化納米薄膜作為制備目標(biāo)。不同于單純的聚合物納米薄膜，雜化納米薄膜的電學(xué)和力學(xué)性質(zhì)可由薄膜內(nèi)的填充物調(diào)節(jié)。常用的填充物有金屬納米顆粒、納米線、納米碳管、石墨烯等。金屬納米線/聚合物的薄膜組合能讓納米薄膜的韌性更好，同時兼具聚合物薄膜柔軟、透明、輕便的優(yōu)點。
可穿戴納米薄膜器 圖片來源： 論文
在電學(xué)方面，為了獲得良好的導(dǎo)電性，Hyunhyub Ko 等人選擇了銀納米線。他們首先利用基于溶液的棒涂組裝技術(shù)（bar-coating assembly technique）將正交式的銀納米線陣列在襯底上制備出來，然后再將一種生物相容性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的聚合物 （Parylene C）用化學(xué)氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD）的方式轉(zhuǎn)移到銀納米線陣列上，最后將制備好的雜化薄膜從基底上剝離，便得到了納米級厚度的雜化薄膜。
銀納米線呈交叉排列的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，因此非但沒有破壞薄膜的透明性，還提高了薄膜的韌性。Hyunhyub Ko 說：“我們的研究最大的突破就是制備出了這種超薄、透明又能導(dǎo)電的雜化納米薄膜。薄膜的厚度只有不到 100 納米。它優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)特性，使這種薄膜能夠進一步制成貼在的皮膚上的揚聲器和麥克風(fēng)。”
雜化納米薄膜的制備過程 圖片來源：論文，Science Advances
小身量，大用途
別小看這只有不到 100 納米厚度的納米薄膜，兩條導(dǎo)線加身后，它就能變身成為揚聲器、麥克風(fēng)甚至人聲識別器。
這種加入了銀納米線的納米薄膜具有非常低的抗彎剛度，可以很好的貼合起伏不平的 3D 表面，比如人類的皮膚，還能隨著皮膚彎曲和伸展。貼上后會在皮膚上顯出一小塊閃閃發(fā)亮的地方，給這塊“閃閃發(fā)亮”的地方施加電流后，薄膜局部溫度會發(fā)生改變，使薄膜周圍空氣的產(chǎn)生振蕩，當(dāng)這種振蕩以波的形式傳播出來，就形成了我們聽到的聲音。
Hyunhyub Ko 團隊中的一位研究人員，用貼在手背上的納米薄膜，通過熱聲效應(yīng)，成功的讓皮膚“演奏”了一首帕格尼尼的小提琴協(xié)奏曲。
若將該薄膜夾在孔狀的彈性薄膜和具有微金字塔狀圖案的薄膜中間，制成的雜化薄膜器件就能變身透明、可穿戴的麥克風(fēng)了，它不僅能探測聲音，還能識別不同人發(fā)出的聲音。根據(jù)摩擦生電的原理，雜化薄膜器件能探測到聲音和聲帶的振動，并且，通過振動頻率的差別將不同的聲音區(qū)分開來，達(dá)到聲音識別的目的。
雜化納米薄膜制成的揚聲器（上圖），麥克風(fēng)（左下）和聲音識別系統(tǒng)（右下）
完美才是終極目標(biāo)
雖然 Hyunhyub Ko 團隊向我們展示了銀納米線陣列雜化納米薄膜的多種應(yīng)用領(lǐng)域。但這塊薄薄的器件還有諸多缺點，導(dǎo)致其無法進行商業(yè)化生產(chǎn)。
研究人員希望可以先改進薄膜的材料，讓它們更適合大規(guī)模生產(chǎn)；之后將薄膜的力學(xué)性能做進一步的提高，保證薄膜的質(zhì)量，而不是每次貼薄膜的時候都需要小心翼翼。
除了薄膜自身的缺點外，如何提高制成器件的質(zhì)量也是一個有待開發(fā)的領(lǐng)域。貼上薄膜揚聲器，做一個出場自帶背景音效的人，這樣的愿望已經(jīng)變得觸手可及了。
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