当你坐在沙发上，戉K的墙U就能放音乐Q让你沉怺真实的环l立体声Q同Ӟq些墙纸q具有麦克风的功能，让你Ҏ(gu)能家居发h令?/span>
q听着很科q，却真的可以变?sh)现实。最关键的是Q要做成q样一Ƅ奇的薄膜音箱Q只需要低成本压电(sh)薄膜材料和简单的加工工艺pQ相比之前的技术更具备大规模应用的前景?/span>
承蝲q个梦想的是一U非帔R炫的新型多功能声学薄膜。它的发明者，是美国麻省理工学院（MITQ电(sh)机电(sh)子工E与计算机科学系博士后韩金池?/span>
q日Q这研I发表在国际刊IEEE Transactions on Industrial Electronics上?/span>
韩金池（2009U电(sh)机）(j)?span lang="EN-US">MIT的实验室里。受访者供?/span>
巧妙的“三明治”设?/span>
U研人员总能让那些看似天马行I的x(chng)一个个成真Q更好地造福于hcR?/span>
韩金池所在团队的研究便是如此。对比现在市(jng)面上已有的传l扬声器Q他们更希望做出非常薄、柔性好、可透明q且h较好声学Ҏ(gu)的替代品。这些闪光点Q恰好也被一些国际知名公司所看中?/span>
一开始，他们涌现?jin)很多想法，然后{选出三种较ؓ(f)合适的Ҏ(gu)Q其中有两种是基于静(rn)甉|应的声学薄膜Q一U是Z压电(sh)技术的声学薄膜。经q徏模和仿真Q衡量加工难度后Q最l压甉|案胜出?/span>
“拿起一张看h像纸的东西，在上面夹上音频线Q音频线另一端插入电(sh)脑的x(chng)端口Q就能听到它发出的声韻Iq感觉非常奇妙。”论文附上的演示视频如此介绍q个新发明?/span>
其实薄膜扬声器以前就有，但薄膜在加电(sh)压后要能自由振动Q才能发出声韟뀂这意味着薄膜必须做成(zhn)空的设计，使振动不受阻?/span>
然而，不让它接触Q何物体表面，无法做成墙U脓(chung)在室内墙壁，也无法嵌入汽车内饎ͼq大大限制了(jin)应用范围?/span>
所以，(zhn)空的薄膜结构才是关键。韩金池用一个y妙的“三明治”设计，让这个问题迎刃而解?/span>
“未必要让整个薄膜都(zhn)空和振动，我设计了(jin)一些?zhn)I的微结构——许多像泡(chng)一L(fng)圆Ӟ它们可以自由振动Qƈ代替薄膜的整体振动来产生声音。”论文第一作者韩金池向《中国科学报》介l?/span>
圆Ş成阵列结构。受访者供?/span>
q些圆顶微结构是采用真空压纹工艺加工在超薄的聚偏二氟乙烯压电(sh)薄膜上，把这个压?sh)薄膜夹在两片多?span lang="EN-US">PETQ聚对苯二甲怹二醇酯）(j)材料中间Q相当于l圆创造了(jin)一定的I间Q它们始终(zhn)空Qƈ且可以自由振动?/span>
两层PET都各司其职：(x)底层是ؓ(f)?jin)让压?sh)薄膜能与安装的物体表面Ş成一个空_(d)从而不影响圆顶振动Q确保在各类应用场合下展现出优异的性能Q顶面那层则是ؓ(f)?jin)保护脆q圆在日常操作中免受磨损和冲击Q提高耐用性。因为用手直接触摸超薄的压电(sh)薄膜Q容易导致上面的圆顶产生变Ş甚至凚w?/span>
受访者供?/span>
每个圆剙U?span lang="EN-US">15微米Q还?sh)?qing)一根头发的厚度。压甉|料的厚度只有8~12微米?span lang="EN-US">PET的厚度是50微米。虽然叠加了(jin)q么多材料，但整个声学薄膜依然很薄，厚约0.1毫米Q相当于一张纸而已?/span>
韩金池表C，他们q可以把q款薄膜扬声器做得更薄。因研I所用的PET是市(jng)面上现成的，未来可以加工更薄?span lang="EN-US">PET材料?/span>
一切的选材看似很随意，实则是团队深谋远虑?/span>
“我们的核心(j)思想是以实用化ؓ(f)导向Q目的ƈ不是要在性能上创U录Q所以亮点ƈ不在材料本n。”韩金池表示Q用最常见的材料、最低成本的加工手段Q还能保证优异性能Q才能让q项技术走得更q?/span>
低功耗、高性能、可降噪
常见的扬声器是靠甉|驱动Q需要较大的甉|输入Q通过U圈产生场Q带动振膜振动从而生声韟뀂但是，有大甉|容易导致发热严重，造成能量损耗?/span>
而团队开发的薄膜扬声器，其压甉|料上的每个微圆剙是一个单独的发声单元Q当数千个这L(fng)圆Ş成阵列结构ƈ一h动，便可以生声韟?/span>
“整个过E靠?sh)场驱动Q没有很大的甉|Q也׃?x)Ş成很明显的发热现象，功耗比现有的扬声器低很多。”韩金池表示?/span>
值得一提的是，与现有的各类薄膜扬声器相比，该发明在产生声音斚w具备更高的灵敏度和带宽，q且可脓(chung)在Q何物体表面用。即使在一些弯曲或不规则表面上Q它依旧能输出高质量的声韟?/span>
可不要小看这些小圆顶的本事，它们不仅可以产生声LQ同时还能感应声波。也是_(d)q款声学薄膜q可以用作麦克风来记录音频，且具备高?sh)真度?/span>
声学薄膜。受访者供?/span>
其主动降噪的能力更是引v?jin)关注?/span>
“未来大面积布置的薄膜扬声器可以在嘈杂的环境Q例如飞机舱）(j)中，通过产生相同q度但相位相反的声音来削弱噪壎ͼ实现d降噪。”韩金池说?/span>
来面对不同的应用会(x)提出更多要求Q而这Ҏ(gu)术的优势q在于可调节性强?/span>
“现在的性能q有很大的提升空_(d)我们q可以做很多微结构设计去替代圆顶Q甚臛_一些特定微l构的组合去改善低频的特性。”韩金池表示?/span>
接下来，他们?x)不断尝试、l改q，让该技术未来能够在I间d降噪与沉式音频、h机声学接口、智能家居、柔性消费电(sh)子设备、超声测距与成像、生物医学工E等领域大显w手?/span>
做科研完全是因ؓ(f)热爱
和许多理工科学生一P韩金池也l历q一个由q到坚定的?j)\历程?/span>
2009q_(d)他考入清华大学甉|工程与应用电(sh)子技术系Q本U前两年的时间都用在上课、学?fn)和考试上?/span>
认真努力的他几乎在自?fn)室“安家”，只ؓ(f)从众多精׃脱颖而出。但q样按部q的生z，始终让他感觉~少滋味Q甚x(chng)些迷茫?/span>
直到大三那年Q一ơ偶然的Z(x)让韩金池参与C个新型无U充?sh)项目，该项目恰好是那年?span lang="EN-US">SRT?xi)战杯专V?/span>
正是q个契机Q让他对U研产生?jin)浓厚的兴趣Q“相比考试拿一个高分而言Q我更喜Ƣ做研究。?/span>
“开关”被打开便一发不可收拾?/span>
此后Q韩金池作ؓ(f)本科生参加了(jin)一些国内外U研竞赛q频拿奖。其中最令他印象深刻的是Q大三暑假在国参加?jin)全球?sh)力系l顶U会(x)?span lang="EN-US">IEEE PES GMQ电(sh)气电(sh)子工E师学会(x)?sh)力与能源协会(x)学术年会(x)?j)?/span>
q场盛会(x)专门为学生开设了(jin)学术墙报竞赛Q韩金池带着他的U研成果?span lang="EN-US">190名来自世界各地的本科生及(qing)研究生同台竞技。他做的关于无线充电(sh)的展C得了(jin)评委专家的认可，最l以W?span lang="EN-US">2名的佳W获得Best Poster AwardQ成为首位获得该奖项的亚z学生?/span>
“v初我是抱着‘见世面’的态度ȝQ也惛_此Z(x)多跟专家交流。最后能获奖Ҏ(gu)的鼓励很大，整个研究的过E也让我觉得很有满感。从那以后，我想投入更多的时间做U研。”韩金池说?/span>
保研本校后，他l在原系专注于电(sh)气工E领域的U研工作Q导师也l了(jin)他够的自由度，让他能选择自己喜欢的研I?/span>
后来Q韩金池选择?span lang="EN-US">MITl箋(hu)d深造，q在MIT从事博士后研I。出于对微纳?sh)子和微U_工的喜爱Q他选择从事极具?xi)战性和创新性的微纳?sh)子器g领域的科研工作?/span>
?span lang="EN-US">MIT的微U电(sh)子专业非常出名，能在q里l箋(hu)从事跨专业跨领域研究Q对我有很重要的意义。我博士和博士后阶段的导师之一Q也是这论文的通讯作?span lang="EN-US">Jeffrey Lang教授在微机电(sh)领域很有影响力，他传授了(jin)很多l验l我?span lang="EN-US">?/span>韩金池很享受现在的研I氛围?/span>
韩金池表C，今后q(sh)(x)一如既往地做U研。“希望做Z些很有h(hun)值和应用前景的成果，能ؓ(f)改善Z的生zd点A(ch)献。?/span>
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