С начала 90-х годов прошлого века во многих лабораториях мира ведутся интенсивные исследования удивительных физических свойств углеродных нанотрубок, особой модификации углерода, представляющих собой свёрнутые в трубки гексагональные графитовые плоскости диаметром от нескольких нанометров. Нанотрубки рассматриваются как очень перспективный материал с широчайшей областью применения: от впрыскивателей лекарств, работающих на клеточном уровне, до космических подъёмников. Огромный потенциал их применения и в электронике будущего, в частности, в производстве наноразмерных транзисторов. За прошедшие годы изучены многие электрические, механические, капиллярные и другие свойства нанотрубок. А вот акустические свойства пока оставались вне поля зрения исследователей.

Китайские учёные решили восполнить этот пробел. Для эксперимента они создали тонкий слой из 10-нанометровых трубок и пропустили через него электрический ток акустической частоты. Исследователи, по-видимому, немало удивились, когда обнаружили, что такой слой нанотрубок ведёт себя подобно громкоговорителю - устройству, которое преобразует электрические сигналы в звуковые волны. Изучение поведения слоя нанотрубок с помощью лазерного виброметра показало, что в процессе воспроизведения звука слой остаётся совершенно неподвижным, а значит, механизм порождения звука в данном случае отличается от того, который имеет место в обычных громкоговорителях.

Измерения показали, что при прохождении переменного тока через слой нанотрубок температура его изменяется от комнатной до 80 °C. В свою очередь, это приводит к быстрым изменениям давления воздуха около слоя. Именно они и ответственны за возникновение звуковых волн. Таким образом, нанотрубочный громкоговоритель действует как термоакустическое устройство.

По существу, китайские учёные получили нанотрубочный вариант так называемого термофона, предложенного независимо друг от друга ещё в XIX веке Уилльямом Генри Присом (William Henry Preece) и Карлом Фердинандом Брауном (Karl Ferdinand Braun). Они получили термоакустический эффект, пропустив переменный ток через тонкую металлическую фольгу. Однако термофон производил очень слабый звук, тогда как слой нанотрубок звучал достаточно громко. Ключевой параметр, который определяет громкость звука, - тёплоёмкость на единицу площади. Тёплоёмкость слоя нанотрубок оказывается в 260 раз меньше тёплоёмкости тонкой платиновой фольги, а стало быть, его звучание может быть, соответственно, в 260 раз более громким.

Главное преимущество нанотрубочных громкоговорителей заключается в том, что они могут устойчиво воспроизводить звук, даже будучи деформированными или частично повреждёнными. По мнению китайских исследователей, такие звучащие слои нанотрубок можно будет использовать для производства "поющей" и "говорящей" одежды, а также натягивать на ЖК-дисплеи. В последнем случае используется свойство прозрачности сильно растянутых слоёв нанотрубок.

Исследование было опубликовано в "Nano Letters" (doi: 10.1021/nl802750z, 29 октября). Прослушать аудиофайл можно на: www.youtube.com/watch?v=8aoflVUvwlQ.

Сергей САНЬКО