23. april 2024 (Nanowerk Spotlight) Forestil dig en fremtid, hvor stoffet i dine gardiner, tapeter eller endda tøj aktivt kan udelukke forstyrrende støj udefra - skabe stille rum i travle hjem, kontorer eller under din daglige pendling. Hvad hvis disse stoffer også kunne "tunes" til dynamisk at justere akustikken i et rum, og optimere lydkvaliteten til aktiviteter som musiklytning, samtale eller fredelig søvn? Sådanne kapaciteter kunne transformere hverdagsmiljøer og vores forhold til lyd. Selvom denne vision kan lyde som science fiction, bringer et nyligt gennembrud inden for akustiske materialer den et skridt tættere på virkeligheden. Kronisk eksponering for støjforurening er et udbredt folkesundhedsproblem, hvor over 145 millioner mennesker alene i USA er udsat for potentielt skadelige støjniveauer ifølge Verdenssundhedsorganisationen. Mens teknologier som støjreducerende hovedtelefoner giver pusterum i begrænsede situationer, er det stadig en betydelig udfordring at kontrollere lyden over større rum. Traditionelle metoder til at reducere støj i bygninger er afhængige af lydabsorberende materialer som tykke fibrøse paneler, som ofte er voluminøse, grimme og mindre effektive ved lavere frekvenser. Alternativt udsender aktive støjkontrolsystemer "anti-støj"-lyde for at udelukke uønsket støj, men er vanskelige at implementere i stor skala. På jagt efter nye løsninger er en undersøgelse offentliggjort i Advanced Materials ("Enkeltlags silke- og bomuldsvævede stoffer til akustisk emission og aktiv lyddæmpning") undersøger en uventet kandidat til avanceret lydkontrol: almindelige vævede stoffer. Forskerne, der primært er baseret på MIT, anerkendte det uudnyttede potentiale for tynde, lette tekstiler til at fungere ikke kun som transmittere af lydvibrationer, men som aktive akustiske systemer, der er i stand til at generere og manipulere lydbølger.
Silkestofprøver a) i hængende tilstand og b) monteret i en cirkulær ramme. AC-symbolet repræsenterer den spænding, der leveres til hvert stof. c) SPL (målt til 2.5 cm) udsendt af Mylar i en ramme, silke i en ramme og den hængende silke i løbet af spillet "Air" (Bach). Eksempler på lyde ved forskellige SPL'er er givet til reference. d) Spektrogrammer af den originale lyd og optagelser fra en kommerciel højttaler, Mylar i en ramme, silken i en ramme og den hængende silke. (Billede: Genoptrykt fra DOI:10.1002/adma.202313328, CC BY) For at bygge deres "stofhøjttaler" begyndte de med at skabe en fleksibel piezoelektrisk fiber på ca. 1 mm i diameter. I fiberens kerne er et piezoelektrisk materiale, en type "smart" materiale, der udvider sig og trækker sig sammen, når det stimuleres af en elektrisk spænding. Denne er omgivet af elektrodelag og en beskyttende ydre beklædning. Når vekselspænding påføres, bøjes fiberen hurtigt frem og tilbage og fungerer som en vibrationsgenerator. Enkelte tråde af denne piezoelektriske fiber, der spænder fra 7 til 12 cm lange, blev derefter syet på forskellige stofprøver, herunder silke, bomuldsmuslin og lærred. På trods af den komplekse vævede struktur, efterlignede stofferne tæt vibrationsmønstrene af en simpel rektangulær eller cirkulær plade - et velforstået klassisk system inden for akustik. Med den aktiverende fiber påsat fungerede tekstilerne som hørbare højttalere, der producerede lydniveauer op til normal samtale.
a) Skematisk måleopsætning til indsamling af SPL- og hastighedsdata fra en stofhøjttaler i en ramme. b) Målt frekvensrespons af gennemsnitshastigheden og SPL for fiber-on-canvas-højttaleren og resultater fra COMSOL-simuleringer. Støjgulvet er omkring 35 dB. c) Målte forskydningsmønstre sammenlignet med d) de simulerede forskydningsmønstre for de første fire resonanstilstande. (Billede: Gentrykt fra DOI:10.1002/adma.202313328, CC BY) Interessant nok fandt forskerne ud af, at stoffets porestørrelse påvirkede dets akustiske effektivitet. I den tætvævede silke var de fleste porer mindre end det tynde luftlag, der "klæber" til garnets overflader på grund af viskositeten. Dette gjorde det muligt for silken effektivt at skubbe luft for at generere lydbølger. Muslinen, med løsere porer, lod mere luft passere, hvilket reducerede dens lydemission. Men den sande værdi af disse stofhøjttalere ligger i deres unikke muligheder for aktiv lydkontrol. I én tilstand genererer højttaleren lydbølger helt modsat indkommende støj, så de to ophæver hinanden. Holdet demonstrerede, at dette kunne reducere lyden med imponerende 37 decibel på et givet sted. Endnu mere bemærkelsesværdig var en anden lydblokerende mekanisme, som er afhængig af at undertrykke vibrationer i selve stoffet. Mange lyde, vi hører, stammer fra eller transmitteres gennem vibrerende faste genstande. Ved at bruge den piezoelektriske fiber til at fremkalde forskydende vibrationer, "pacificerede" forskerne stoffets bevægelse, hvilket opnåede en 95 % reduktion i overfladevibrationer og et fald på 75 % i transmitteret lyd. Utroligt nok blokerer denne vibrationsannullering lyd overalt ud over det pacificerede stof. En spændende bivirkning er, at lyde, der blokeres for at vibrere stoffet, i stedet reflekteres væk, hvor stoffets reflektionsevne øges med op til 68%.
a) I transmissionstilstand giver indkommende lydbølger anledning til vibrationer i et passivt stof. Disse vibrationer overfører energi til luften i form af lyd. b) Den piezoelektriske fiber i stoffet får stoffet til at vibrere, hvilket fører til udsendelse af lyd. c) Lydbølger, der stammer fra lyden, der transmitteres gennem stoffet, interfererer med lydbølger induceret af den piezoelektriske fiber, der vibrerer stoffet. Denne interferens kan forårsage annullering af lyden på et bestemt punkt i rummet. d) Den piezoelektriske fiber inducerer mekaniske vibrationer, der destruktivt interfererer på overfladen af stoffet med dem, der induceres af de indkommende lydbølger, dæmper stoffets overflade og udelukker lydtransmission gennem den. (Billede: Gentrykt fra DOI:10.1002/adma.202313328, CC BY) Resultaterne antyder en fremtid, hvor lette akustiske stoffer kan bruges til dynamisk at forme støj og lydlandskaber i bygninger, køretøjer, maskinhuse eller bærbare enheder. De tynde fibre kan være umærkeligt integreret under tekstilfremstillingen for at bevare materialets udseende og følelse. Der er stadig udfordringer med at skalere disse laboratorieprototyper til kompleks støjkontrol i den virkelige verden, hvilket sandsynligvis kræver netværk af mange piezoelektriske fibre og avancerede maskinlæringskontrolalgoritmer for præcist at imødegå støjkilder. Den langsigtede holdbarhed og energieffektivitet af aktivt drevne stoffer skal også etableres. Men denne forskning fremhæver en spændende ny retning, der transformerer tekstiler til intelligente akustiske grænseflader gennem kraften i smart materialevidenskab.
– Michael er forfatter til tre bøger af Royal Society of Chemistry:
Nanosamfund: At flytte teknologiens grænser,
Nanoteknologi: Fremtiden er lilleog
Nanoengineering: De færdigheder og værktøjer, der gør teknologi usynlig
Copyright ©
Nanowerk LLC
Bliv en Spotlight-gæsteforfatter! Slut dig til vores store og voksende gruppe af gæstebidragydere. Har du lige udgivet en videnskabelig artikel eller har du andre spændende udviklinger at dele med nanoteknologisamfundet? Sådan udgiver du på nanowerk.com.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
- PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
- PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
- PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
- Kilde: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=65082.php
- :er
- :ikke
- :hvor
- $OP
- 1
- 10
- 11
- 12
- 145
- 2%
- 23
- 29
- 31
- 32
- 35 %
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 95 %
- a
- AC
- Ifølge
- opnå
- handler
- aktiv
- aktivt
- aktiviteter
- justere
- fremskreden
- LUFT
- algoritmer
- tilladt
- alene
- også
- an
- ,
- udseende
- anvendt
- ER
- omkring
- AS
- At
- vedhæftet
- Audible
- lyd
- forfatter
- gennemsnit
- væk
- b
- tilbage
- baseret
- BE
- begyndte
- Berger
- Beyond
- blokeret
- Blocks
- Bøger
- grænser
- gennembrud
- Bringer
- bygge
- bygninger
- travlt
- men
- by
- CAN
- kandidat
- canvas
- kapaciteter
- stand
- Årsag
- årsager
- center
- udfordre
- udfordringer
- kemi
- cirkulær
- nøje
- tættere
- Tøj
- Indsamling
- kommerciel
- samfund
- Commute
- sammenlignet
- komplekse
- kontrakter
- kontrol
- styring
- Samtale
- Core
- kunne
- Counter
- kursus
- Oprettelse af
- dagligt
- data
- Dato
- demonstreret
- Trods
- udvikling
- Enheder
- forskellige
- svært
- retning
- forskydning
- forstyrrende
- drevet
- Drop
- grund
- holdbarhed
- i løbet af
- dynamisk
- hver
- effekt
- Effektiv
- effektivt
- effektivitet
- Elektrisk
- emission
- energi
- energieffektivitet
- miljøer
- etableret
- Ether (ETH)
- Endog
- hverdagen
- overalt
- eksempler
- spændende
- udvider
- Eksponering
- stof
- stoffer
- føler sig
- fibre
- Fiktion
- felt
- fund
- Fornavn
- fleksibel
- Gulvlampe
- Til
- formular
- frem
- fundet
- fire
- FRAME
- Frekvens
- fra
- funktion
- fremtiden
- generere
- genererer
- generere
- generator
- gif
- Giv
- given
- Give
- gruppe
- Dyrkning
- Gæst
- skadelig
- Have
- hovedtelefoner
- Helse
- høre
- højdepunkter
- vink
- Homes
- Hvordan
- How To
- Men
- HTTPS
- if
- billede
- billede
- gennemføre
- imponerende
- in
- Herunder
- Indgående
- øget
- utroligt
- inducerer
- påvirket
- i stedet
- integreret
- Intelligent
- grænseflader
- blande
- interferens
- ind
- spændende
- undersøger,
- spørgsmål
- IT
- ITS
- selv
- deltage
- jpg
- lige
- lab
- stor
- større
- lag
- lag
- førende
- læring
- mindre
- lad
- niveauer
- ligger
- letvægt
- ligesom
- Sandsynlig
- Limited
- Lytte
- placering
- logo
- Lang
- langsigtet
- lavere
- maskine
- machine learning
- maskiner
- vedligeholde
- Making
- manipulere
- Produktion
- mange
- materiale
- materialer
- Kan..
- målt
- måling
- mekanisk
- mekanisme
- metoder
- Michael
- Mellemøsten
- million
- MIT
- tilstand
- modes
- mere
- mest
- bevægelse
- Musik
- navn
- nanoteknologi
- Behov
- net
- Ny
- nye løsninger
- Støj
- støjreduktion
- normal
- objekter
- of
- tilbyde
- kontorer
- modregning
- tit
- on
- ONE
- kun
- på
- modsat
- optimering
- or
- almindelig
- organisation
- original
- Andet
- vores
- ud
- uden for
- i løbet af
- paneler
- Papir
- særlig
- passerer
- passive
- mønstre
- Mennesker
- perfekt
- PHP
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatoData
- spiller
- Punkt
- Forurening
- potentiale
- potentielt
- magt
- præcist
- primært
- producerer
- Beskyttende
- prototyper
- forudsat
- offentlige
- folkesundheden
- offentliggøre
- offentliggjort
- forlægger
- Skub ud
- Pushing
- kvalitet
- rolige
- spænder
- hurtigt
- virkelige verden
- Reality
- nylige
- anerkendt
- reducere
- Reduceret
- reducere
- reduktion
- henvisningen
- afspejles
- forhold
- afhængig
- stole
- forblive
- resterne
- bemærkelsesværdig
- repræsenterer
- forskning
- forskere
- svar
- resulterer
- Resultater
- Rise
- Værelse
- groft
- Royal
- s
- skalaer
- skalering
- Videnskab
- Science Fiction
- videnskabelig
- Søg
- Anden
- setup
- Del
- side
- signifikant
- silke
- Simpelt
- simuleringer
- enkelt
- situationer
- Størrelse
- færdigheder
- søvn
- mindre
- Smart
- So
- Samfund
- solid
- Løsninger
- Lyd
- lyde
- lydbilleder
- Kilder
- Space
- rum
- Højttaler
- højttalere
- hastighed
- SPL
- Spotlight
- Tilstand
- Trin
- sticks
- Tråde
- struktur
- Studere
- sådan
- tilført
- undertrykke
- undertrykkelse
- overflade
- omgivet
- symbol
- systemet
- Systemer
- hold
- Teknologier
- Teknologier
- tekstiler
- end
- at
- Fremtiden
- verdenen
- deres
- derefter
- Disse
- de
- tynd
- denne
- dem
- tre
- Gennem
- stramt
- til
- værktøjer
- traditionelle
- overførsel
- Transform
- omdanne
- transmission
- sendere
- sand
- ægte værdi
- tunet
- to
- typen
- Uventet
- enestående
- uudnyttet
- uønsket
- opdateringer
- URL
- us
- anvendte
- ved brug af
- værdi
- forskellige
- Køretøjer
- VeloCity
- vision
- Spænding
- var
- bølger
- we
- wearable
- bærbare enheder
- var
- Hvad
- hvornår
- som
- mens
- udbredt
- vilje
- med
- world
- Verdens Sundhedsorganisation
- vævet
- dig
- Din
- zephyrnet
Mere fra Nanoværk
Minimering af elektriske køretøjers indvirkning på nettet
Kildeknude: 2015190
Tidsstempel: Mar 17, 2023
Forebyggelse af medicinske implantatinfektioner med nitrogenoxid-genererende MOF-belægninger
Kildeknude: 2321383
Tidsstempel: Oktober 11, 2023
Kunstig neural netværkshardware baseret på stablede neuron-synapse-neuron strukturelle blokke
Kildeknude: 2451052
Tidsstempel: Jan 22, 2024
Super følsom teknik til at opdage dødelige infektionssygdomme
Kildeknude: 2289236
Tidsstempel: September 22, 2023
Ringende protoner giver indsigt i det tidlige univers
Kildeknude: 2236894
Tidsstempel: August 22, 2023
Lysbaseret teknologi kan inspirere Moon-navigation og næste generations landbrug
Kildeknude: 1903563
Tidsstempel: Jan 18, 2023
Lithium-svovl-batterier er et skridt tættere på at drive fremtiden
Kildeknude: 1881875
Tidsstempel: Jan 7, 2023
3D-BRICKS: Brug af DNA til at skabe en ny familie af 3-dimensionelle nanotransistorer
Kildeknude: 2233493
Tidsstempel: August 24, 2023