導(dǎo)讀
北京時(shí)間3月17日，美國(guó)麻省理工學(xué)院教授Yoel Fink團(tuán)隊(duì)在Nature在線報(bào)道了一款聲學(xué)織物，模擬人的耳朵功能，首先將聲音轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)，然后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)這種方式，聽(tīng)見(jiàn)并記錄微弱的聲音。
在我們?nèi)粘Ｉ钪杏懈鞣N不同的聲音，人類是如何識(shí)別自然界中的各種聲音的？其中的原理就是這些聲音都有自己的固有頻率，它們作為輕微的壓力波在空氣中傳播，當(dāng)這些特定的波傳到人的耳朵后，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鼓膜或者耳膜將壓力波轉(zhuǎn)為機(jī)械振動(dòng)。而這些振動(dòng)通過(guò)耳蝸將波信號(hào)轉(zhuǎn)化為由大腦感知和處理的電流信號(hào)，從而使人能聽(tīng)到不同的聲音。
利用該原理，北京時(shí)間3月17日，美國(guó)麻省理工學(xué)院教授Yoel Fink團(tuán)隊(duì)在Nature在線報(bào)道了一款聲學(xué)織物，模擬人的耳朵功能，首先將聲音轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)，然后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)這種方式，聽(tīng)見(jiàn)并記錄微弱的聲音。同時(shí)，該織物跟普通衣物無(wú)差別，可以多次機(jī)洗都完好無(wú)損。論文的第一作者為嚴(yán)威，現(xiàn)任新加坡南洋理工大學(xué)電子與電氣工程學(xué)院及材料科學(xué)與工程學(xué)院雙聘助理教授、博士生導(dǎo)師。
在材料設(shè)計(jì)過(guò)程中，最重要的環(huán)節(jié)就是如何將微弱的壓電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。在壓電材料中，壓電無(wú)機(jī)材料顯示出高壓電性能，但是由于剛性、易碎的特性是其很難加工成纖維。而聚合物表現(xiàn)出易加工特點(diǎn)，制備的纖維其形狀和尺寸均可調(diào)整，但其壓電性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于無(wú)機(jī)材料。據(jù)此，科研工作者試圖開(kāi)發(fā)復(fù)合材料即結(jié)合無(wú)機(jī)材料和高分子材料的優(yōu)勢(shì)來(lái)制備壓電復(fù)合材料，通過(guò)它們各自的優(yōu)勢(shì)從而克服其局限性。但是，復(fù)合材料的性能卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于研究者的期望，且無(wú)機(jī)材料的壓電性能和纖維的加工性能都會(huì)受到較大影響。
據(jù)此，文章作者利用熱拉伸策略制造了具有最佳壓電性能的聚合物纖維。首先將材料加熱至柔軟狀態(tài)，然后以恒定的速度拉伸，最后伸長(zhǎng)成直徑均勻的纖維。拉伸和極化的結(jié)合可以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使大分子鏈及其晶體結(jié)構(gòu)在形成時(shí)沿著纖維的軸定向，以及誘導(dǎo)電偶極子，這導(dǎo)致響應(yīng)于機(jī)械刺激的電荷流量增加，從而極大地改善了壓電性能。制備的織物基體由高模量紗線與棉線構(gòu)造，可像鼓膜一樣高效地將聲壓轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)。然后，纖維傳感器像耳蝸一樣將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而監(jiān)測(cè)并記錄聲音。無(wú)論是在安靜的圖書(shū)館中，還是在交通繁忙的道路上，這種織物都可以捕捉聲音，并且還能確定諸如拍手之類的突然響聲的精確方向。
