p Há pouco mais de 15 anos, alguns pesquisadores no Reino Unido usaram fita adesiva para isolar camadas atômicas únicas de carbono, conhecido como grafeno, de um pedaço de grafite, sua descoberta ganhadora do Prêmio Nobel alimentou uma revolução em P&D de materiais ultrafinos. p O grafeno e outros materiais "2-D" atomicamente finos exibem propriedades exóticas que os pesquisadores esperam explorar para uma gama de aplicações - de transistores menores compactados em processadores de computador mais poderosos e compactos, para sensores menores e mais precisos, monitores digitais flexíveis, e uma nova onda de computadores quânticos.

p Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) ajudaram a avançar esta pesquisa em materiais ultrafinos em várias frentes, alistando ferramentas e técnicas especializadas para torná-los e estudar sua estrutura e propriedades em nanoescala e escala atômica.

p Agora, uma empresa com sede na Califórnia chamada GraphAudio (https://www.graphaudio.com/) está se movendo em direção à comercialização de tecnologia de áudio baseada em grafeno desenvolvida por pesquisadores do Berkeley Lab e UC Berkeley em um esforço para estimular uma revolução do áudio.

p Ramesh Ramchandani, CEO da GraphAudio, disse que o objetivo da empresa é usar a tecnologia licenciada para fabricar componentes de grafeno que outras empresas incorporam em seus produtos.

p Ele disse que espera que a tecnologia da GraphAudio - que pode estar disponível para os consumidores dentro de um ou dois anos - seja composta por componentes de grafeno em fones de ouvido e amplificadores integrados em produtos feitos por fabricantes de produtos de áudio estabelecidos.

p A tecnologia licenciada do Berkeley Lab em 2016, que se refere ao uso de grafeno em um componente de produção de som conhecido como transdutor, poderia transformar uma variedade de dispositivos, incluindo alto-falantes, fones de ouvido e fones de ouvido, microfones, sensores de veículos autônomos, e sistemas ultrassônicos e de ecolocalização.

p "Há vários anos trabalhamos com materiais e estruturas à base de grafeno, e este transdutor é uma das aplicações que surgiram disso, "disse Alex Zettl, um cientista sênior do Berkeley Lab e um professor de física da UC Berkeley que é um co-inventor da tecnologia licenciada pela GraphAudio. O outro inventor é Qin Zhou, um ex-pesquisador de pós-doutorado do Berkeley Lab que agora é professor assistente na Universidade de Nebraska-Lincoln.

p O transdutor desenvolvido por meio da pesquisa de sua equipe usa um pequeno, filme de grafeno com várias camadas de espessura, denominado membrana, que converte sinais elétricos em som.

p "É como uma pele de tambor, com uma moldura circular e a membrana esticada sobre ela, "Disse Zettl. A membrana de grafeno mede cerca de um centímetro de diâmetro. A membrana e a estrutura de suporte são ensanduichadas entre eletrodos à base de silício que são acionados com voltagens alternadas.

p Os campos elétricos fazem com que a membrana de grafeno vibre e crie som de uma forma eficiente, forma controlada. Este projeto, conhecido como transdutor eletrostático, requer menos peças e muito menos energia do que projetos mais convencionais, que podem exigir bobinas elétricas e ímãs.

p "Quando o dirigimos com um sinal elétrico de áudio, ele atua como um alto-falante, "Zettl disse.

p Em alguns fones de ouvido intra-auriculares populares, apenas cerca de 10% da energia elétrica é convertida em som, enquanto o restante é perdido na forma de calor. O transdutor de grafeno, no entanto, converte cerca de 99 por cento da energia em som, ele disse.

p Também, o transdutor de grafeno é quase livre de distorção e tem uma resposta extremamente "plana" em uma ampla gama de frequências de som - muito além do que o ouvido humano é capaz de ouvir. Isso significa que o som é de qualidade igual em uma ampla gama de frequências altas e baixas - "não apenas na banda de áudio, mas do subsônico ao ultrassônico, "Zettl disse." Isso é praticamente sem precedentes. "

p Por causa dessa grande largura de banda, o transdutor à base de grafeno pode ser usado para sistemas de ecolocalização para comunicações submarinas, sistemas ultrassônicos para localizar sobreviventes em um ambiente cheio de entulho, e para imagens de alta qualidade de fetos humanos no útero, como exemplos.

p E as mesmas propriedades que fazem o transdutor de grafeno funcionar bem em alto-falantes também podem contribuir para microfones de alta qualidade, Zettl notou. "Demonstramos as duas tecnologias em nosso laboratório. Ambas têm potencial para serem comercializadas."

p Ramchandani, da GraphAudio, disse que os fones de ouvido e microfones de amostra da GraphAudio que a empresa demonstrou na Consumer Electronics Show em janeiro resultou em algumas discussões produtivas com parceiros em potencial, e algumas experiências de consumo que, segundo ele, provocaram uma resposta "Uau".

p A empresa afirma que a qualidade do som de sua tecnologia é tão clara que é possível escolher os tons de um instrumento individual de uma orquestra sinfônica.

p Ramchandani observou que a tecnologia de televisão de tela plana quase substituiu as TVs de tubo de raios catódicos mais volumosas e pesadas, e ele espera o mesmo tipo de transformação em produtos de áudio.

p Entre os produtos que podem surgir da tecnologia licenciada da GraphAudio estão finas caixas de som embutidas no teto do veículo para uma experiência de som surround aprimorada, e sensores de carro aprimorados que dependem de ecolocalização bidirecional para evitar colisões de veículos.

p Zettl disse que sua equipe continua seus esforços de P&D com materiais ultrafinos e nanoestruturas.

p Os membros de sua equipe têm especialidades que vão desde química e física até engenharia mecânica e ciência dos materiais, e os pesquisadores são usuários frequentes da Fundição Molecular do Berkeley Lab, uma instalação científica em nanoescala; e a fonte de luz avançada, que produz feixes de luz que podem ser usados ​​para estudar materiais em escalas minúsculas.

p "Eu não seria capaz de fazer nada desse trabalho sem os alunos e pesquisadores de pós-doutorado e as instalações que existem aqui no Berkeley Lab, "Zettl disse.

p Membros de sua equipe de pesquisa usam rotineiramente microscópios de resolução atômica na Fundição Molecular para explorar a estrutura de materiais ultrafinos, por exemplo. E os membros da equipe também usam raios-X produzidos pela Advanced Light Source para examinar outras propriedades de materiais que poderiam torná-los adequados para aplicações específicas, ele notou.

p Um novo impulso na pesquisa de sua equipe é explorar como fazer novos tipos de transdutores mecânicos com materiais ultrafinos que são fabricados com propriedades elásticas ajustáveis ​​- possibilitadas por orifícios ou fendas precisamente padronizados em nanoescala.

p Além de seu uso em novas configurações de transdutor, tais membranas perfuradas também podem ser úteis para aplicações que variam de filtração de água a sequenciamento genético.

p "Ser capaz de trabalhar em coisas que têm aplicações reais e benefícios públicos - é bom ver essa progressão completa, "Zettle disse." Estou emocionado em poder ver esses aplicativos saírem disso. Para mim, isso é pessoalmente gratificante. "

p A empresa demonstrou a tecnologia na 2020 Consumer Electronics Show (CES) em janeiro.