Grafeen spreekt klare taal! | Grafeen (graphene)
Grafeen spreekt klare taal!

Onderzoekers aan de Universiteit van Berkeley in Californië hebben de allereerste audio-luidspreker in de vorm van een ‘in-ear’ oortelefoontje ontworpen.
De superieure fysieke en elektrische eigenschappen van grafeen laten toe een oortelefoon met frequentierespons te bouwen vergelijkbaar of zelfs beter dan een paar commerciële Sennheiser oortelefoontjes, en dat in zijn ruwe staat, zonder enige vorm van optimalisatie. ‘Grafeen’ klinkt inmiddels letterlijk en figuurlijk als muziek in de oren.

Een luidspreker (of de oor- of hoofdtelefoon) werkt (meestal) door het trillen van een (papieren) membraan of conus, door het creëren van drukgolven in de lucht om je heen. Afhankelijk van de frequentie van deze golven worden verschillende geluiden gemaakt. Humane oren kunnen naarmate de leeftijd en opgelopen gehoorschade meestal frequenties tussen 20 Hz aanhoren, een zeer lage toonhoogte en 20 KHz, een zeer hoge toonhoogte.

In het algemeen wordt de kwaliteit van een luidspreker bepaald door hoe vlak de frequentierespons is – met andere woorden, waar ook op de schaal van 20 Hz tot 20 KHz het geluid zich bevindt, het dient even goed te zijn. Een ‘slechte’ luidspreker kan bijvoorbeeld zeer sterk zijn in het lagere gebied, maar zwak bij het vormen van hogere tonen.

Bij de oortelefoon ontworpen door de onderzoekers van Berkeley is het membraan gemaakt van een 30 nm en 7mm wijd meerlaags gesynthetiseerd grafeen op dikke nikkel folie. Dit membraan wordt vervolgens gesandwiched tussen twee silicium elektroden die bekleed zijn met siliciumdioxide om eventuele kortsluiting te voorkomen wanneer het membraan te hard wordt aangedreven. Door stroom te voeren naar de elektroden wordt een elektrostatische kracht gecreëerd, waardoor het grafeen membraan trilt, waardoor geluid ontstaat. Men kan een verscheidenheid aan geluiden produceren door de electriciteit te oscilleren.

In de grafiek kan je zien dat de frequentierespons van de grafeen-oortjes fantastisch is. De reden hiervoor is de eenvoud van het grafeen-membraan. Terwijl de meeste diafragma / conussen moeten worden gedempt (gewatteerd, beperkt) om ongewenste frequentie reacties te voorkomen, vereist het grafeen membraan geen demping. Dit komt omdat grafeen zo sterk is dat het membraan ongelooflijk dun kan zijn en dus zeer licht. Waar men anders kunstmatige demping hoeft te voorzien is het grafeen membraan gedempt door de lucht zelf. Als logisch gevolg betekent het gebrek aan demping dat het grafeen membraan enorm energiezuinig te werk gaat, wat dan weer van belang kan zijn voor het verminderen van het energieverbruik van smartphone- en tabletluidsprekers.

Het is de eerste stunt van grafeen niet, en wellicht de laatste ook niet, maar dit is wel de eerste grafeengebaseerde luidspreker (in een vorm, in dit geval oortelefoontjes) dat van zich laat horen. Daarvoor behoorlijk indrukwekkend dat het ontwerp zich meteen kan meten of zelfs de betere commerciële luidsprekers die vandaag te vinden zijn op de markt kan overtreffen.

Bron: arxiv.org
Foto: Qin Zhou en A. Zettl


3D print schaalmodel structuur grafeen