皮膚也能播放音樂？透明可穿戴式麥克風問世

圖片來源：Ulsan National Institute of Science and Technology

來源：科研圈（ID：keyanquan）

「在我的BGM里，沒人能夠打敗我」——這將不再是影視劇人物的專屬：現在，在手指上貼一塊堪比紋身的納米薄膜，便能隨身自帶麥克風和揚聲器了。來自韓國蔚山科學技術大學（Ulsan National Institute of Science and Technology）的科學家，他們利用正交銀納米線陣列，製造出了一款納米級厚度的超薄、透明的雜化納米薄膜。該薄膜良好的導電性能和力學性能，使其能製造成可穿戴的揚聲器和麥克風，並且還具有優異的人聲識別功能。這項成果於 8 月 3 日發表在 Science Advances 上。

薄如蟬翼的秘密

該文章的通訊作者，Hyunhyub Ko 和他的研究團隊選擇了雜化納米薄膜作為製備目標。不同於單純的聚合物納米薄膜，雜化納米薄膜的電學和力學性質可由薄膜內的填充物調節。常用的填充物有金屬納米顆粒、納米線、納米碳管、石墨烯等。金屬納米線/聚合物的薄膜組合能讓納米薄膜的韌性更好，同時兼具聚合物薄膜柔軟、透明、輕便的優點。

可穿戴納米薄膜器 圖片來源： 論文

在電學方面，為了獲得良好的導電性，Hyunhyub Ko 等人選擇了銀納米線。他們首先利用基於溶液的棒塗組裝技術（bar-coating assembly technique）將正交式的銀納米線陣列在襯底上製備出來，然後再將一種生物相容性好、化學性質穩定的聚合物 （Parylene C）用化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD）的方式轉移到銀納米線陣列上，最後將製備好的雜化薄膜從基底上剝離，便得到了納米級厚度的雜化薄膜。

銀納米線呈交叉排列的網路狀結構，因此非但沒有破壞薄膜的透明性，還提高了薄膜的韌性。Hyunhyub Ko 說：「我們的研究最大的突破就是製備出了這種超薄、透明又能導電的雜化納米薄膜。薄膜的厚度只有不到 100 納米。它優異的光學、電學和力學特性，使這種薄膜能夠進一步製成貼在的皮膚上的揚聲器和麥克風。」

雜化納米薄膜的製備過程 圖片來源：論文，Science Advances

小身量，大用途

別小看這隻有不到 100 納米厚度的納米薄膜，兩條導線加身後，它就能變身成為揚聲器、麥克風甚至人聲識別器。

這種加入了銀納米線的納米薄膜具有非常低的抗彎剛度，可以很好的貼合起伏不平的 3D 表面，比如人類的皮膚，還能隨著皮膚彎曲和伸展。貼上後會在皮膚上顯出一小塊閃閃發亮的地方，給這塊「閃閃發亮」的地方施加電流後，薄膜局部溫度會發生改變，使薄膜周圍空氣的產生振蕩，當這種振蕩以波的形式傳播出來，就形成了我們聽到的聲音。

Hyunhyub Ko 團隊中的一位研究人員，用貼在手背上的納米薄膜，通過熱聲效應，成功的讓皮膚「演奏」了一首帕格尼尼的小提琴協奏曲。

若將該薄膜夾在孔狀的彈性薄膜和具有微金字塔狀圖案的薄膜中間，製成的雜化薄膜器件就能變身透明、可穿戴的麥克風了，它不僅能探測聲音，還能識別不同人發出的聲音。根據摩擦生電的原理，雜化薄膜器件能探測到聲音和聲帶的振動，並且，通過振動頻率的差別將不同的聲音區分開來，達到聲音識別的目的。

雜化納米薄膜製成的揚聲器（上圖），麥克風（左下）和聲音識別系統（右下）

完美才是終極目標

雖然 Hyunhyub Ko 團隊向我們展示了銀納米線陣列雜化納米薄膜的多種應用領域。但這塊薄薄的器件還有諸多缺點，導致其無法進行商業化生產。

研究人員希望可以先改進薄膜的材料，讓它們更適合大規模生產；之後將薄膜的力學性能做進一步的提高，保證薄膜的質量，而不是每次貼薄膜的時候都需要小心翼翼。

除了薄膜自身的缺點外，如何提高製成器件的質量也是一個有待開發的領域。貼上薄膜揚聲器，做一個出場自帶背景音效的人，這樣的願望已經變得觸手可及了。

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