Een internationaal team van onderzoekers verbonden aan UNIST heeft een innovatieve draagbare technologie gepresenteerd die de huid van de gebruiker in een luidspreker verandert. Deze doorbraak werd geleid door professor Hyunhyub Ko in de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST. Gedeeltelijk gemaakt om slechthorenden en spraakstoornissen te helpen, de nieuwe technologie kan verder worden onderzocht voor toepassingen zoals draagbare IoT-sensoren en conforme apparaten voor de gezondheidszorg.

In de studie, het onderzoeksteam ontwikkelde ultradunne, transparante en geleidende hybride nanomembranen met dikte op nanoschaal, bestaande uit een orthogonale zilveren nanodraadarray ingebed in een polymeermatrix. Vervolgens gebruikten ze het nanomembraan als een luidspreker die aan bijna alles kan worden bevestigd om geluid te produceren. De onderzoekers introduceerden ook een soortgelijk apparaat, als microfoon fungeren, die kunnen worden aangesloten op smartphones en computers om spraakgestuurde beveiligingssystemen te ontgrendelen.

Nanomembranen (NM's) zijn moleculair dunne scheidingslagen met een dikte op nanoschaal. Polymeer NM's hebben veel aandacht getrokken vanwege hun uitstekende voordelen, waaronder extreme flexibiliteit, ultralicht gewicht, en uitstekende hechting, waardoor ze op bijna elk oppervlak kunnen worden bevestigd. Echter, ze scheuren gemakkelijk en vertonen geen elektrische geleidbaarheid.

Het onderzoeksteam heeft dergelijke problemen opgelost door een zilveren nanodraadnetwerk in te bedden in een op polymeer gebaseerd nanomembraan. Dit heeft de demonstratie mogelijk gemaakt van een op de huid te bevestigen en onmerkbare luidspreker en microfoon. "Onze ultradunne, transparant, en geleidende hybride NM's vergemakkelijken het conforme contact met kromlijnige en dynamische oppervlakken zonder scheuren of scheuren, " zegt Saewon Kang in het doctoraal programma van Energie en Chemische Technologie aan UNIST, de eerste auteur van de studie.

Hij voegt toe, "Deze lagen zijn in staat om geluiden en vocale trillingen te detecteren die worden geproduceerd door de tribo-elektrische spanningssignalen die overeenkomen met geluiden, die verder kunnen worden onderzocht voor verschillende mogelijke toepassingen, zoals geluidsinvoer-/uitvoerapparaten."

Met behulp van de hybride NM's, het onderzoeksteam fabriceerde huid-bevestigbare NM-luidsprekers en microfoons, die qua uiterlijk onopvallend zouden zijn vanwege hun uitstekende transparantie en conforme contactvermogen. Deze draagbare luidsprekers en microfoons zijn flinterdun, maar nog steeds in staat om geluidssignalen te geleiden.

"De grootste doorbraak van ons onderzoek is de ontwikkeling van ultradunne, transparant, en geleidende hybride nanomembranen met dikte op nanoschaal, minder dan 100 nanometer, " zegt professor Ko. "Deze uitstekende optische, elektrisch, en mechanische eigenschappen van nanomembranen maken de demonstratie mogelijk van op de huid te bevestigen en onmerkbare luidspreker en microfoon."

De op de huid te bevestigen NM-luidsprekers werken door thermo-akoestisch geluid uit te zenden door de temperatuur-geïnduceerde oscillatie van de omringende lucht. De periodieke Joule-verwarming die optreedt wanneer een elektrische stroom door een geleider gaat en warmte produceert, leidt tot deze temperatuurschommelingen. Het heeft veel aandacht getrokken omdat het een rekbaar, transparant, en op de huid te bevestigen luidspreker.

Draagbare microfoons zijn sensoren, bevestigd aan de nek van een spreker om zelfs de vibratie van de stemplooien te voelen. Deze sensor werkt door de wrijvingskracht die wordt gegenereerd door de oscillatie van de transparante geleidende nanovezel om te zetten in elektrische energie. Voor de bediening van de microfoon, het hybride nanomembraan wordt tussen elastische films met minuscule patronen ingebracht om het geluid en de vibratie van de stembanden nauwkeurig te detecteren op basis van een tribo-elektrische spanning die het gevolg is van het contact met de elastische films.

"Voor commerciële toepassingen, de mechanische duurzaamheid van nanomebranen en de prestaties van luidspreker en microfoon moeten verder worden verbeterd, ’ zegt professor Ko.