發布日期：2017-03-24

石墨烯能夠化身“傳聲筒”，幫助聾啞人“開口說話”。由清華大學微電子所任天令教授課題組發明的“智能石墨烯人工喉”，有望在未來解決聾啞人的“說話”難題。

日前，任天令課題組在《自然通訊》上發表了題為《具有聲音感知能力的智能石墨烯人工喉》的研究論文，利用多孔石墨烯材料的優勢，制造出一種收發同體、適合穿戴的集成聲學器件。

據介紹，這種集成聲學器件，利用石墨烯的熱聲效應來發射聲音，利用石墨烯的壓阻效應來接收聲音，實現了單器件的聲音收發同體。器件使用的多孔石墨烯材料具有高熱導率和低熱容率的特點，能夠通過熱聲效應發出100HZ～40kHZ的寬頻譜聲音。其多孔結構對壓力也極為敏感，能夠感知發聲時喉嚨處的微弱振動，可以通過壓阻效應接收聲音信號。因此，這種器件能夠準確感知聾啞人低吟、尖叫等特殊聲音，并將這種“無含義聲音”轉換為頻率、強度可控的聲音，有望在將來轉換為預先錄制的語言。

當“人工喉”佩戴者大聲發出低吟時，人工喉會感知喉嚨振動狀態并發出預先設定的聲音，當佩戴者變換低吟的長短、聲調時，人工喉發出的聲音也會隨之對應發生明顯變化。

據參與該項創新成果的清華大學微納電子系博士生陶璐琪介紹，“解碼”之前，需要聾啞人根據自己的發聲特點，將不同強度和不同頻率的低吟、尖叫音進行排列組合，形成聾啞人的“語言編碼”。

“‘編碼’后的每個聾啞人發音，就像鍵盤上的字母鍵，只需要用不同排列組合，就能表達出聾啞人連續的、完整的語義。這就把我們常人聽不懂的聾啞人低吟音轉化成為正常的語言，并且可以連續表達。”陶璐琪說。

智能石墨烯人工喉除了能夠辨別不同音調，還能根據聲音強弱、尖叫、咳嗽等聲音震動，“解碼”出不同種類的聾啞人“語言”，同時能夠實現音節和音調的排列組合，讓聾啞人說出更豐富的句子。

延伸閱讀

石墨烯:或將“徹底改變21世紀”

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以一種方式組成六角型呈蜂窩晶格的平面薄膜，是只有一個原子層厚度的準二維材料，所以又叫做單原子層石墨。它在垂直方向的高度大約為1nm（納米 1納米=10的負9次方米）左右，是除金剛石以外所有碳晶體的基本結構單元。

實際上石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結構。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

老材料得“新生”

很早之前就有物理學家在理論上預言，準二維晶體如石墨烯本身熱力學性質不穩定，在室溫環境下會迅速分解或者蜷曲，所以不能單獨存在。

直到2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，對于石墨烯的研究才開始活躍起來，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

剛剛獲得第十三屆“中國青年女科學家獎”的清華大學物理系教授周樹云,就是我國研究石墨烯的頂級專家之一。

“新材料之王”

作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革命。

隨著批量化生產以及大尺寸等難題的逐步突破，石墨烯的產業化應用步伐正在加快，基于已有的研究成果，最先實現商業化應用的領域可能會是移動設備、航空航天、新能源電池領域。

消費電子展上可彎曲屏幕備受矚目，成為未來移動設備顯示屏的發展趨勢。柔性顯示未來市場廣闊，作為基礎材料的石墨烯前景也被看好。

應用前景廣闊

石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數百倍。

另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體分子（氦氣）也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板。

因為只有一層原子，電子的運動被限制在一個平面上，石墨烯也有著全新的電學屬性。石墨烯是世界上導電性最好的材料，電子在其中的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。

在塑料里摻入百分之一的石墨烯，就能使塑料具備良好的導電性；加入千分之一的石墨烯，能使塑料的抗熱性能提高30攝氏度。在此基礎上可以研制出薄、輕、拉伸性好和超強韌新型材料，用于制造汽車、飛機和衛星。

來源：中國婦女報