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研究人员制造出可以检测并产生声音的纤维

时间:2021-03-29 19:17:56 | 来源:

几个世纪以来,“人造纤维”是指衣服和绳索的原料;在信息时代,它是指在通信网络中承载数据的玻璃丝。但是对于麻省理工学院电子研究实验室的材料科学副教授,首席研究员Yoel Fink来说,纺织品甚至光纤中使用的线都过于被动。在过去的十年中,他的实验室一直在致力于开发具有更高级特性的纤维,以使织物能够与环境相互作用。在8

月的《自然材料》杂志上,芬克和他的合作者宣布了功能性道路上的新里程碑纤维:可以检测并产生声音的纤维。应用包括衣服本身就是灵敏的麦克风,用于捕获语音或监视身体功能,以及细小的细丝,可以测量毛细血管中的血流或大脑中的压力。

普通的光纤是由“预制棒”制成的,“预制棒”是一种由单一材料制成的大圆筒,被加热,拉出然后冷却。相比之下,芬克实验室开发的纤维是从几种不同材料的精细几何排列中获得其功能的,这些材料必须在加热和拉伸过程中

完好无损。新型声学纤维的核心是麦克风中常用的塑料。通过研究塑料的氟含量,研究人员能够确保其分子保持偏斜状态-氟原子一侧排列,而氢原子另一侧排列-即使在加热和拉伸过程中也是如此。分子的不对称性是使塑料“压电”的原因,这意味着它在施加电场时会改变形状。在传统

的压电麦克风中,电场是由金属电极产生的。但是在光纤麦克风中,拉拔过程会导致金属电极变形。因此,研究人员改为使用一种导电塑料,其中包含石墨(铅笔芯中发现的这种材料)。加热时,导电塑料比金属保持更高的粘度-产生更稠的流体。这不仅防止

了材料的混合,而且至关重要的是,它还制造了具有规则厚度的纤维。拉伸纤维后,研究人员需要将所有压电分子沿相同方向排列。这就需要施加强大的电场,其强度是雷暴期间引起闪电的电场的20倍。光纤太窄的任何地方,都会在场上产生一个微小的闪电,这可能会破坏周围的材料。尽管

制造过程需要微妙的平衡,但研究人员仍能够在实验室中制造出功能正常的光纤。“您实际上可以听到它们,这些纤维,”材料科学系的研究生Chocat说。“如果将它们连接到电源并施加正弦电流”(周期非常规则的交流电),那么它就会振动。而且,如果使它以听觉上的频率振动并将其靠近您的耳朵,您实际上可以听到从中发出的不同音符或声音。然而,对于他们的《自然材料》论文,研究人员更加严格地测量了纤维的声学特性。由于水比空气传导的声音好,因此将它们放在标准声学换能器对面的水箱中,该设备可以交替发出纤维检测到的声波并检测纤维发出的声波。

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