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Jul 13, 2023

압전 미세 구조를 기반으로 한 다용도 음향 활성 표면

Microsystems & Nanoengineering 8권, 기사 번호: 55 (2022) 이 기사 인용 3094 액세스 3 인용 통계 세부 정보 우리는 다음으로 구성된 다용도 음향 활성 표면을 시연합니다.

마이크로시스템 및 나노공학 8권, 기사 번호: 55(2022) 이 기사 인용

3094 액세스

3 인용

측정항목 세부정보

우리는 음파를 방사하고 감지할 수 있는 압전 미세 구조의 앙상블로 구성된 다목적 음향 활성 표면을 시연합니다. 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)의 유연한 압전 시트에 단일 단계로 엠보싱 처리된 자립형 미세 구조 배열은 엠보싱 처리된 미세 구조 설계로 조정할 수 있는 고품질 음향 성능을 제공합니다. 이 음향 활성 표면이 입증한 소리 생성을 위한 높은 감도와 넓은 대역폭은 이전에 보고된 PVDF, PVDF 공중합체 또는 미세 구조가 없는 공극 하전 폴리머를 사용하는 박막 스피커보다 성능이 뛰어납니다. 우리는 이 장치의 지향성과 곡면에서의 사용에 대해 더 자세히 살펴봅니다. 또한 표면을 통해 고충실도 사운드 인식이 입증되어 음성 녹음 및 화자 인식을 위한 마이크 적용이 가능합니다. 이 음향 활성 표면의 다용성, 고품질 음향 성능, 최소 폼 팩터 및 향후 생산 확장성은 이 기술의 광범위한 산업 및 상업적 채택으로 이어질 수 있습니다.

음향 변환기에 대한 수요가 빠르게 증가하는 것은 능동형 소음 제어1,2, 인간-기계 인터페이스3,4, 로봇공학5, 초음파 이미징6, 자동 운전7, 촉각 감지8, 비접촉 물질 조작9,10 등 다양한 산업 및 상업적 요구에 의해 발생합니다. 11에서 소리는 감지, 작동 및 통신을 위한 매체 역할을 할 수 있습니다. 이러한 기술적 요구로 인해 대규모 응용 분야에 적합한 저비용 및 고성능 음향 변환기 기술 개발에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 그중 압전 변환기는 소형 및 광역 애플리케이션 모두에 대한 다용도성, 간단한 구조, 낮은 전력 소비 및 확장 용이성으로 인해 점점 더 매력적입니다.

넓은 면적의 폼 팩터에 대한 요구를 해결하기 위해 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)1,17, 폴리(비닐리덴 플루오라이드-코-트리플루오로에틸렌)[P(VDF-TrFE)]을 기반으로 다양한 유연한 박막 라우드스피커가 개발되었습니다. 18,19,20,21, 압전 나노입자22, 공극 하전 폴리머23,24 및 전기활성 폴리머25. 그러나 대부분의 설계는 자립형 및/또는 곡선형 압전층의 굽힘에 의존합니다. 단단한 물체의 표면에 접착되면 층의 굽힘이 크게 제한되어 음향 성능이 저하될 수 있습니다. 이는 초박형, 경량 및 비용 효율적인 라우드스피커의 장점을 약화시키고 적용 전망을 제한합니다. 또한, 사운드 생성기가 아닌 사운드 수신기로서 이러한 장치의 마이크 응답은 종종 연구되지 않은 채로 남아 있습니다.

현재 연구에서는 소리를 감지하고 생성할 수 있는 독립형 압전 미세 구조의 앙상블을 기반으로 하는 대면적 음향 박막 변환기를 개발합니다. 이러한 활성 음향 표면은 얇고 유연하며 광학적으로 투명할 수 있으므로 눈에 띄지 않는 방식으로 다양한 물체에 장착할 수 있으며 스피커, 마이크 및/또는 초음파 트랜시버로 구현될 수 있습니다. 자립형 돌출 미세 구조는 자유롭게 진동할 수 있어 단단한 물체에 접착된 경우에도 음향 표면의 소리 생성 및 인식에 대한 높은 감도를 보장합니다. 광범위한 적용 시나리오는 그러한 미세구조가 없는 유사한 음향 필름을 포함하는 선행 기술에 비해 상당한 이점을 나타냅니다. 다양한 요구에 부응하는 음향 활성 표면의 적용 사례가 그림 1a에 요약되어 있습니다. 우리의 연구는 넓은 음향 표면에 조밀하게 배치된 활성 미세 구조를 사용하면 음향 표면에 대한 고품질 성능과 다양성을 제공하여 인공 지능 응용 프로그램, 가상 및 증강 현실, 로봇 공학, 스마트 홈에 사용할 수 있는 새로운 음향 인터페이스를 가능하게 한다는 것을 보여줍니다. 기술 및 생물 의학 공학.