Lautsprecher zum Aufkleben

Jan Oliver Löfken

Aus einer Nanomembran haben Wissenschaftler den wahrscheinlich dünnsten Lautsprecher der Welt entwickelt. Die durchsichtige und flexible Lautsprecherfolie haftet mühelos auf der Haut und schmiegt sich sogar an eine Fingerkuppe an. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Science Advances“ berichten, fertigten sie die Folie in mehreren Arbeitsschritten aus einem Netzwerk aus Nanodrähten und einem elastischen Kunststofffilm. Aufbauend auf diesem Prinzip konstruierte das Team außerdem eine hauchdünne Mikrofonfolie.

Vier kleine Bilder, links oben: Hand mit aufgeklebter, quadratischer Lautsprecherfolie; rechts oben: behandschuhte Hand hält einen transparenten Becher, auf dem der Lautsprecher angebracht ist; links unten: Fingerspitze mit glitzernder Lautsprecherfolie; rechts unten: vergrößerte Aufnahme eines golden glitzernden Quadrats auf der Haut

Vielseitige Lautsprecherfolie

Zunächst ordneten Hyunhyub Ko vom Nationalen Institut für Wissenschaft und Technologie im südkoreanischen Ulsan und seine Kollegen ein Netzwerk aus 35 Nanometer dünnen und bis zu 20 Mikrometer langen Nanodrähten aus Silber auf einer Schicht aus Zinkoxid an. Über dieses Netzwerk verteilten sie eine durchsichtige und flexible Kunststoffmasse. So entstand eine etwa 100 Nanometer dünne Membran, die sich ohne Probleme von der Zinkoxidschicht ablösen ließ. An diese stabile und leicht biegsame Nanomembran legten die Forscher in einem ersten Versuch eine Wechselspannung von zehn Volt mit einer Frequenz von zehn Kilohertz an.

Durch die angelegte Spannung erwärmte sich die Nanomembran, kühlte zwischen den Spannungspulsen aber schnell wieder ab. Auch die direkt umgebende Luft erwärmte sich und begann abhängig von der Frequenz der Wechselspannung zu schwingen – es bildeten sich hörbare Schallwellen. In einem weiteren Experiment variierten die Forscher die Spannungspulse entsprechend der Tonfolge eines Violinkonzerts von Niccolò Paganini. Über den thermoakustischen Effekt war die Musik mithilfe der Lautsprecherfolie zwar leise, aber dennoch gut zu hören.

Handrücken mit LautsprecherfolieLautsprecherfolie im Test

Lautsprecherfolie im Test

Ko und seine Kollegen fertigten außerdem eine Mikrofonfolie aus der flexiblen Nanomembran. Sie legten die Folie dazu auf eine mit winzigen Pyramiden strukturierte Fläche aus Silikongummi. Abhängig von der Frequenz der eintreffenden Schallwellen rieb die Membran nun über die mikrostrukurierte Fläche. Über den sogenannten triboelektrischen Effekt bildeten sich elektrostatische Aufladungen zwischen 20 und 200 Millivolt, die als Mikrofonsignale dienten.

Einsetzen ließen sich die flexiblen Lautsprecher- und Mikrofonfolien beispielsweise in elektronischer Kleidung mit integrierter Audiotechnik. „Bis zu einer kommerziellen Anwendung müssen aber noch einige Hürden überwunden werden“, sagt Ko. Denn sowohl Ton- als auch Aufnahmequalität der Lautsprecher- und Mikrofonfolien sind bisher gering. Auch die Stabilität der Nanomembranen wollen die Forscher noch weiter erhöhen.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/news/2018/lautsprecher-zum-aufkleben/