Une étude dévoile des haut-parleurs thermoacoustiques à base de MXene à forme configurable avec une directivité sonore réglable
Un haut-parleur TA basé sur MXene à forme configurable avec génération de son réglable en directivité. a) Schéma illustrant le mécanisme de fonctionnement du haut-parleur flexible TA basé sur MXene. b) Graphiques conceptuels de pression acoustique/distance et directivités sonores de substrats unidirectionnels épais (en haut) et ultrafins bidirectionnels (au milieu), et schémas illustrant les distributions sonores 3D de haut-parleurs TA ultrafins configurés différemment (cylindriques, kirigami uniaxiaux, paraboliques et sphériques) ( bas). c) Graphiques conceptuels des variables intrinsèques (HCPUA et effusivité thermique (en haut)) et des variables extrinsèques (puissance d'entrée et distance (en bas)). d) Photographies montrant un haut-parleur TA à base de MXène avec un substrat en parylène ultra fin (0,8 µm d'épaisseur) (à gauche ; barre d'échelle, 2 cm) ; contact déformable et conforme avec une électrode en tissu ayant une largeur de trait de 150 µm (milieu ; barre d'échelle, 500 µm) ; et un spécimen de grande surface (20 cm × 20 cm) (à droite ; barre d'échelle, 5 cm). Crédit: Matériaux avancés (2023). DOI : 10.1002/adma.202306637
Des recherches récentes ont conduit au développement de haut-parleurs à forme de film configurable. Ces haut-parleurs, basés sur les propriétés uniques du MXene, offrent une directivité sonore réglable et sont extrêmement prometteurs pour le domaine en croissance rapide de l'électronique portable. L'étude est publiée dans Matériaux avancés.
Les haut-parleurs traditionnels dotés de diaphragmes vibrants volumineux sont confrontés à des difficultés d'intégration avec des appareils portables en raison de leurs diaphragmes vibrants volumineux. Cependant, les haut-parleurs thermoacoustiques (TA) ultra-fins de l'équipe, exempts de telles limitations, démontrent un potentiel remarquable dans ce domaine. Le défi réside dans la configuration de ces haut-parleurs dans des formes arbitraires en raison de leur faible niveau de pression acoustique (SPL) sous déformations mécaniques et de leur conformabilité limitée.
Pour surmonter ces défis, l'équipe de recherche s'est concentrée sur le contrôle de la capacité thermique par unité de surface du conducteur MXene et de l'effusivité thermique des substrats. Grâce à cette approche, ils ont réussi à développer un haut-parleur TA ultrafin à base de MXene qui présentait une sortie SPL élevée de 74,5 dB à 15 kHz et maintenait des performances sonores stables sur une durée de 14 jours.
Une avancée clé de cette recherche est la capacité de générer un son bidirectionnel et indépendant de la déformation dans diverses configurations de kirigami courbé, tordu, cylindrique et étiré en utilisant le substrat en parylène. Le substrat en parylène, dont l'épaisseur est inférieure à la profondeur de pénétration thermique, a permis la production d'enceintes capables de diffuser le son dans plusieurs directions, quelle que soit leur forme.
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Effets de l'épaisseur du substrat sur les performances du haut-parleur TA basé sur MXene. Crédit: Matériaux avancés (2023). DOI : 10.1002/adma.202306637
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Capacités de focalisation du son et de génération de son omnidirectionnelle des haut-parleurs TA basés sur 3D MXene. Crédit: Matériaux avancés (2023). DOI : 10.1002/adma.202306637
En outre, les chercheurs ont étendu leur innovation à la création de versions paraboliques et sphériques de haut-parleurs TA ultrafins et de grande surface (20 cm × 20 cm) basés sur le MXene. Ces haut-parleurs ont démontré respectivement des attributs de focalisation du son et de génération de son omnidirectionnel 3D, ouvrant de nouvelles possibilités pour des expériences audio immersives.
L'effort de recherche a été dirigé par le professeur Hyunhyub Ko et son équipe de recherche de l'École de génie énergétique et chimique de l'UNIST, en collaboration avec l'équipe du Dr Ki-Seok An de l'Institut coréen de recherche en technologie chimique (KRICT).
Le Dr Jinyoung Kim, co-premier auteur de l'étude et actuellement affilié au prestigieux Georgia Institute of Technology, a souligné les performances exceptionnelles des haut-parleurs basés sur MXene. La combinaison de la nature conductrice bidimensionnelle du MXene et de l'épaisseur contrôlable du parylène permet la production de haut-parleurs thermophoniques aux performances supérieures.
La technique de production de haut-parleurs ultra-fins développée dans cette étude a le potentiel de devenir une technologie clé pour divers appareils portables et le contrôle du son induit par la déformation de forme.
Le professeur Ko a souligné les nombreuses applications de cette technologie de haut-parleur à son thermique. Il a noté : « La possibilité de personnaliser la conception de la structure de l'appareil et de réaliser des haut-parleurs à changement de forme et à direction réglable ouvre des possibilités pour les systèmes audio portables et domestiques, le contrôle actif du bruit, les écrans actifs flexibles et les systèmes de divertissement immersifs. »
Plus d'information:
Jinyoung Kim et al, Haut-parleurs thermoacoustiques à base de MXene configurables avec directivité sonore accordable, Matériaux avancés (2023). DOI : 10.1002/adma.202306637
Fourni par l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan
Citation: Une étude dévoile des haut-parleurs thermoacoustiques à base de MXene à forme configurable avec une directivité sonore accordable (1er décembre 2023) récupéré le 1er décembre 2023 sur
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