Estudo revela alto-falantes termoacústicos baseados em MXene configuráveis com diretividade de som ajustável
Um alto-falante TA baseado em MXene configurável com geração de som ajustável por diretividade. a) Esquema ilustrando o mecanismo de funcionamento do alto-falante TA flexível baseado em MXene. b) Gráficos conceituais de pressão/distância sonora e diretividades sonoras de substratos unidirecionais grossos (superior) e ultrafinos bidirecionais (meio) e esquemas representando distribuições sonoras 3D de alto-falantes TA ultrafinos configurados de forma diferente (cilíndrico, kirigami uniaxial, parabólico e esférico) ( fundo). c) Gráficos conceituais de variáveis intrínsecas (HCPUA e efusividade térmica [topo]) e variáveis extrínsecas (potência de entrada e distância [fundo]). d) Fotografias mostrando um alto-falante TA baseado em MXene com um substrato de parileno ultrafino (0,8 µm de espessura) (esquerda; barra de escala, 2 cm); contato deformável e conforme com um eletrodo de tecido tendo uma largura de linha de 150 µm (meio; barra de escala, 500 µm); e uma amostra de grande área (20 cm x 20 cm) (direita; barra de escala, 5 cm). Crédito:Materiais Avançados (2023). DOI:10.1002/adma.202306637 Pesquisas recentes levaram ao desenvolvimento de alto-falantes configuráveis em forma de filme. Esses alto-falantes, baseados nas propriedades exclusivas do MXene, oferecem diretividade de som ajustável e são uma promessa imensa para o campo em rápido crescimento de eletrônicos vestíveis. O estudo foi publicado em Advanced Materials .
Alto-falantes tradicionais com diafragmas vibratórios volumosos enfrentam limitações na integração com dispositivos vestíveis devido aos seus diafragmas vibratórios volumosos. No entanto, os alto-falantes termoacústicos ultrafinos (TA) da equipe, que estão livres de tais limitações, demonstram um potencial notável neste domínio. O desafio reside na configuração desses alto-falantes em formatos arbitrários devido ao seu baixo nível de pressão sonora (SPL) sob deformações mecânicas e adaptabilidade limitada.
Para superar esses desafios, a equipe de pesquisa se concentrou no controle da capacidade de calor por unidade de área do condutor MXene e na efusividade térmica dos substratos. Por meio dessa abordagem, eles desenvolveram com sucesso um alto-falante TA ultrafino baseado em MXene que exibiu uma saída de SPL alto de 74,5 dB a 15 kHz e manteve um desempenho de som estável por um período de 14 dias.
Um avanço importante desta pesquisa é a capacidade de gerar som bidirecional e independente de deformação em várias configurações de kirigami dobrado, torcido, cilíndrico e esticado usando o substrato de parileno. O substrato de parileno, com espessura menor que a profundidade de penetração térmica, possibilitou a produção de alto-falantes capazes de emitir som em múltiplas direções, independente de seu formato.
Efeitos da espessura do substrato no desempenho do alto-falante TA baseado em MXene. Crédito:Materiais Avançados (2023). DOI:10.1002/adma.202306637
. Capacidades de foco sonoro e geração de som omnidirecional dos alto-falantes TA baseados em 3D MXene. Crédito:Materiais Avançados (2023). DOI:10.1002/adma.202306637
Além disso, os pesquisadores estenderam sua inovação à criação de versões parabólicas e esféricas de alto-falantes TA ultrafinos e de grande área (20 cm × 20 cm) baseados em MXene. Esses alto-falantes demonstraram atributos de foco sonoro e geração de som omnidirecional 3D, respectivamente, abrindo novas possibilidades para experiências de áudio envolventes.
O esforço de pesquisa foi liderado pelo professor Hyunhyub Ko e sua equipe de pesquisa na Escola de Energia e Engenharia Química da UNIST, em colaboração com a equipe do Dr. Ki-Seok An no Instituto de Pesquisa de Tecnologia Química da Coreia (KRICT).
Jinyoung Kim, coautor do estudo e atualmente afiliado ao prestigiado Georgia Institute of Technology, destacou o desempenho excepcional dos alto-falantes baseados no MXene. A combinação da natureza condutiva bidimensional do MXene e da espessura controlável do parileno permite a produção de alto-falantes termofônicos com desempenho superior.
A técnica de produção de alto-falantes ultrafinos desenvolvida neste estudo tem potencial para se tornar uma tecnologia chave para vários dispositivos vestíveis e controle de som induzido por deformação de forma.
O professor Ko enfatizou as amplas aplicações desta tecnologia de alto-falantes de som térmico. Ele observou:"A capacidade de personalizar o design da estrutura do dispositivo e obter alto-falantes que mudam de forma e ajustáveis direcionalmente abre possibilidades para sistemas de áudio portáteis e domésticos, controle ativo de ruído, telas ativas flexíveis e sistemas de entretenimento imersivos".
Mais informações: Jinyoung Kim et al, Alto-falantes termoacústicos baseados em MXene configuráveis em forma com diretividade de som ajustável, Materiais avançados (2023). DOI:10.1002/adma.202306637 Informações do diário: Materiais Avançados
Fornecido pelo Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan
