神奇的面料——可以捕捉“聲音”的面料

北京時間3月17日，美國麻省理工學院教授Yoel Fink團隊在Nature在線報道了一款聲學織物，模擬人的耳朵功能，首先將聲音轉換為機械振動，然后轉換為電信號，通過這種方式，聽見并記錄微弱的聲音。同時，該織物跟普通衣物無差別，可以多次機洗都完好無損。論文的第一作者為嚴威，現任新加坡南洋理工大學電子與電氣工程學院及材料科學與工程學院雙聘助理教授、博士生導師。

在材料設計過程中，最重要的環節就是如何將微弱的壓電信號轉化為電信號。在壓電材料中，壓電無機材料顯示出高壓電性能，但是由于剛性、易碎的特性是其很難加工成纖維。而聚合物表現出易加工特點，制備的纖維其形狀和尺寸均可調整，但其壓電性能遠遠低于無機材料。據此，科研工作者試圖開發復合材料即結合無機材料和高分子材料的優勢來制備壓電復合材料，通過它們各自的優勢從而克服其局限性。但是，復合材料的性能卻遠遠低于研究者的期望，且無機材料的壓電性能和纖維的加工性能都會受到較大影響。

據此，文章作者利用熱拉伸策略制造了具有最佳壓電性能的聚合物纖維。首先將材料加熱至柔軟狀態，然后以恒定的速度拉伸，最后伸長成直徑均勻的纖維。拉伸和極化的結合可以產生協同效應，使大分子鏈及其晶體結構在形成時沿著纖維的軸定向，以及誘導電偶極子，這導致響應于機械刺激的電荷流量增加，從而極大地改善了壓電性能。制備的織物基體由高模量紗線與棉線構造，可像鼓膜一樣高效地將聲壓轉化為機械振動。然后，纖維傳感器像耳蝸一樣將機械振動轉化為電信號，從而監測并記錄聲音。無論是在安靜的圖書館中，還是在交通繁忙的道路上，這種織物都可以捕捉聲音，并且還能確定諸如拍手之類的突然響聲的精確方向。

標簽： 無機材料 機械振動 復合材料