在我們日常生活中有各種不同的聲音，人類是如何識別自然界中的各種聲音的
？
其中的原理就是這些聲音都有自己的固有頻率，它們作為輕微的壓力波在空氣中傳播，當這些特定的波傳到人的耳朵后 ，結構復雜的鼓膜或者耳膜將壓力波轉為機械振動
。
而這些振動通過耳蝸將波信號轉化為由大腦感知和處理的電流信號 ，從而使人能聽到不同的聲音
。近期，
麻省理工學院研究團隊研發(fā)了一款聲學織物 ，該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。
相關研究成果以“Single fibre enables acoustic fabrics via nanometre-scale vibrations”為題發(fā)表在《Nature》上。
在材料設計過程中，最重要的環(huán)節(jié)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、易碎的特性使其很難加工成纖維。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，研究團隊試圖開發(fā)復合材料即結合無機材料和高分子材料的優(yōu)勢來制備壓電復合材料，通過它們各自的優(yōu)勢從而克服其局限性。
研究團隊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(tài)，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(jiān)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。
據了解，該柔性單纖維傳感器能編織成織物，可以接收和發(fā)出聲音，識別聲音的來源，甚至監(jiān)測心跳
。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04476-9
文章來源：高分子科學前沿、科學網
