Mikrofon z włókien

Yoel Fink, profesor materiałoznawstwa z MIT-u i główny naukowiec Laboratorium Badań nad Elektroniką MIT, od dawna uważał, że zarówno tradycyjne włókna, takie jak wełna czy poliester, jak i światłowody, są zbyt pasywne. Dlatego od 10 lat pracuje nad włóknami, które będą reagowały na środowisko.

W sierpniowym numerze Nature Materials Fink i jego zespół zdradzają szczegóły włókien, które są w stanie wykryć i wytworzyć... dźwięk. Takie włókna pozwolą np. na wbudowanie w ubrania mikrofonów rejestrujących mowę czy monitorujących funkcje organizmu. Niewykluczone jest powstanie włókien mierzących ciśnienie w naczyniach włosowatych czy w mózgu.

O ile standardowe światłowody uzyskuje się metodą wyciągania włókna z jednego rodzaju podgrzanego materiału i jego schłodzenie, to w metodzie Finka mamy do czynienia ze skrupulatnym składaniem włókien z różnych materiałów. Są one tak skonstruowane, by przetrwały proces podgrzewania i wyciągania bez zmiany swojego układu.

Najważniejszym elementem nowego włókna jest tworzywo sztuczne takie, jak używane w mikrofonach. Uczeni tak zmanipulowali budową tego tworzywa, że nawet po podgrzewaniu i wyciąganiu zachowuje ono specyficzny układ atomów - z jednej strony znajdują się atomy fluoru, z drugiej wodoru. Dzięki tej asymetrii tworzywo jest piezoelektrykiem.

W standardowym mikrofonie pole elektryczne generowane jest przez metalowe elektrody. Jednak w naszym przypadku odkształciłyby się one podczas wyciągania włókna. Dlatego też uczeni wykorzystali przewodzące tworzywo sztuczne zawierające grafit. Całość zachowuje po podgrzaniu wysoką lepkość, znacznie wyższą od metalu. To zapobiega mieszaniu się materiałów i zapewnia ich odpowiednią grubość.

Już po wyciągnięciu włókna konieczne jest zorientowanie wszystkich molekuł w tym samym kierunku. W tym celu przykłada się do włókna bardzo silne pole elektryczne. Jego dodatkową zaletą jest fakt, że tam, gdzie włókno jest zbyt cienkie, powstaje łuk elektryczny, który niszczy materiał. Automatycznie zatem są wykrywane i usuwane wady włókna.

Na razie nowe włókna powstają tylko w laboratorium. Ich wynalazcy nie wykluczają, że posłużą one też do generowania nie tylko dźwięku, ale i energii. Chcą też, by właściwości, do uzyskania których obecnie potrzeba dwóch materiałów, można było uzyskać z jednego. To uprości proces produkcyjny.

Na razie uczeni niezaangażowani w prace MIT-u chwalą osiągnięcie swoich kolegów stwierdzając, że i tak znacząco uprościli proces tworzenia włókien z różnych materiałów, gdyż mogą je wyciągać w jednym przebiegu, zamiast w kilku i później składać włókno.

mikrofon MIT włókna