Szwedzcy naukowcy wykorzystali włókna celulozowe pokryte magnetycznymi nanocząsteczkami do budowy bardzo cienkich membran głośnikowych. Zapomnijcie o kartkach papieru, które także zbudowane są z celulozy. Nowy materiał może stanowić tańszą alternatywę dla membran polimerowych stosowanych w tradycyjnych głośnikach.
Informowaliśmy już wcześniej o przezroczystych głośnikach z taśmy polimerowej pokrytej obustronnie hydrożelem, działających na zasadzie przewodnictwa jonowego. Naukowcy stworzyli także słuchawki z nanorurek węglowych z efektem termoakustycznym. Natomiast inżynierowie z Royal Institute of Technology w Sztokholmie postanowili unowocześnić konwencjonalną strukturę głośnika poprzez usunięcie wielkogabarytowego magnesu. Oprócz tego, w nowej konstrukcji cewka nie przylega do membrany, co wpływa na poprawę jakości dźwięku.
Nieporęczne, duże magnesy stają się coraz trudniejsze do instalacji w naszych zminiaturyzowanych gadżetach elektronicznych. A cewki, przez które które przepływa prąd, są konieczne do wzbudzenia membrany i produkcji fal dźwiękowych. Zbyt duża siła akustyczna cewek często zmniejsza jakość dźwięku.
Aby temu zaradzić, szwedzcy inżynierowie skonstruowali kompozytową membranę z włókien celulozowych pokrytą nanocząsteczkami o właściwościach magnetycznych. Zmieszane ze sobą włókna i cząsteczki utworzyły swoisty magnetyczny żel. Dzięki rozpyleniu żelu za pomocą dyszy na folii PMMA, naukowcy uzyskali cienką błonę o jednolitym rozłożeniu nanocząstek w całej objętości. Włókna celulozy pochodzące ze źródeł odnawialnych miały 3-5 nanometrów średnicy przy kilku mikrometrach długości. Ich obecność zapewniała odpowiednią miejscową wytrzymałość, konieczną do przyjęcia drgań.
Stworzone membrany były elastyczne, posiadały małą gęstość oraz co najważniejsze – były stale namagnesowane. Testy i badania wykazały, że równomiernie rozłożone magnetyczne nanocząstki mogły stanowić nawet 60% wagi całej membrany. Właściwości błony mogły być zmieniane poprzez dodawanie różnego typu nanocząstek. Do produkcji prototypu inżynierowie wykorzystali cząsteczki występujące w ferrycie – CoFe2O4 oraz MnFe2O4.
Membrana z nowego materiału miała tylko 50 mikrometrów grubości, a jej średnica wynosiła około 20 cm. Cewka wzbudzająca membranę nie musiała być bezpośrednio do niej podłączona, aby wytworzyć drgania, a w rezultacie fale dźwiękowe. Kompozytowy materiał wytwarzał pełne spektrum słyszalnych częstotliwości. Nanocząsteczki w pełni zastąpiły nieporęczny magnes, a bardzo tanie i ekologiczne włókna celulozy stanowiły nośnik o doskonałych właściwościach mechanicznych, potrzebnych do wytwarzania dźwięków. Jeszcze do niedawna, nikt by nie przypuszczał, że zmodyfikowana kartka papieru może posłużyć do budowy niewiarygodnie cienkich głośników.
Twórcy prototypu byli zadziwieni wysoką jakością produkowanego dźwięku. Obecnie pracują nad zwiększeniem głośności membrany bez zmniejszenia charakterystyk wytwarzanych częstotliwości.
Źródło:
[1] Cellulose Nanofibers Decorated with Magnetic Nanoparticles – Synthesis, Structure and Use in Magnetized High Toughness Membranes for a Prototype Loudspeaker. Sylvain Galland, Richard L Andersson, Michaela Salajkova, Valter Strom, Richard T Olsson and Lars A. Berglund. J. Mater. Chem. C, 2013, First published online 09 Oct 2013.
[2] http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2013/tc/c3tc31748j | 23.10.2013
[3] Speaker Drivers by DeclanTM, flickr.com, CC BY 2.0