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清華微電子所任天令課題組首次實(shí)現(xiàn)石墨烯智能人工喉

作者:中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司 來(lái)源:http://m.chun-tian.cn 日期:2017-03-02 15:18:33


清華新聞網(wǎng)3月1日電 2月24日,清華大學(xué)微電子所任天令教授課題組在《自然通訊》(Nature Communications)上發(fā)表了題為《具有聲音感知能力的智能石墨烯人工喉》(“An Intelligent Artificial Throat with Sound-Sensing Ability Based on Laser Induced Graphene”)的研究論文,該新型智能器件具有聲音收發(fā)一體化的特點(diǎn),既能接收聲音,又可以發(fā)射聲音,并且具有良好的生物兼容性,貼附在聾啞人喉部便可以輔助聾啞人“開口說(shuō)話”。該器件是石墨烯在可穿戴領(lǐng)域的全新應(yīng)用,并有望在生物醫(yī)療、語(yǔ)音識(shí)別等領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。
 
聲學(xué)器件主要包括發(fā)聲器件和收聲器件。研究收發(fā)一體化的聲學(xué)器件并應(yīng)用到柔性可穿戴領(lǐng)域具有重要研究?jī)r(jià)值, 工作在可聽域(20Hz - 20kHz)的傳統(tǒng)發(fā)聲與收聲器件通常是分立器件,單器件無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)聲與收聲。除此之外,傳統(tǒng)的聲學(xué)器件不具備柔韌性,故不適用于柔性可穿戴應(yīng)用,另一方面柔性可穿戴領(lǐng)域近些年來(lái)蓬勃發(fā)展,柔性顯示器、傳感器均獲得了較大突破,為了實(shí)現(xiàn)一整套柔性電子信息系統(tǒng),有必要研究集成的柔性聲學(xué)器件。
 
任天令教授課題組創(chuàng)新性地提出了一種收發(fā)同體的集成聲學(xué)器件,能夠基于石墨烯的熱聲效應(yīng)發(fā)射聲音,并利用石墨烯的壓阻效應(yīng)來(lái)接收聲音,從而巧妙的實(shí)現(xiàn)了單器件的聲音收發(fā)同體。在器件制備工藝上采用了獨(dú)特的激光直寫技術(shù),能夠直接將成本低廉的大面積聚酰亞胺薄膜快速轉(zhuǎn)化為圖形化的多孔石墨烯材料。該多孔石墨烯材料一方面具有高熱導(dǎo)率和低熱容率,能夠通過(guò)熱聲效應(yīng)發(fā)出100Hz-40kHz的寬頻譜聲音;另一方面多孔結(jié)構(gòu)對(duì)壓力極為敏感,能夠感知發(fā)聲時(shí)喉嚨處的微弱振動(dòng),可以通過(guò)壓阻效應(yīng)接收聲音信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)了單器件聲音收發(fā)一體化集成。因此,可以基于該器件感知聾啞人的低吟等特殊聲音,并將這種“無(wú)含義聲音”轉(zhuǎn)換為頻率、強(qiáng)度可控的聲音,從而有望幫助聾啞人“開口說(shuō)話”。
 
近年來(lái),任天令教授致力于石墨烯器件的基礎(chǔ)研究和實(shí)用化應(yīng)用的探索,尤其關(guān)注研究突破傳統(tǒng)器件限制的新型微納電子器件,為新一代微納電子器件技術(shù)奠定基礎(chǔ),在新型石墨烯聲學(xué)器件和各類傳感器件方面已獲得了多項(xiàng)創(chuàng)新成果,如柔性石墨烯發(fā)聲器件,新型石墨烯阻變存儲(chǔ)器,光譜可調(diào)的石墨烯發(fā)光器件,石墨烯仿生突觸器件,可調(diào)石墨烯應(yīng)力傳感器等,相關(guān)成果曾多次發(fā)表于《自然通訊》(Nature Communications)《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)《納米快報(bào)》(Nano Letters)《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)納米》(ACS Nano)國(guó)際電子器件大會(huì)(IEDM)等。
 
清華大學(xué)微納電子系博士生陶璐琪和微納電子系2015年博士畢業(yè)生田禾(現(xiàn)為南加州大學(xué)博士后)是文章的共同第一作者,清華大學(xué)微電子所任天令教授和楊軼副教授是論文的通訊作者。該研究成果得到了國(guó)家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目和科技部項(xiàng)目的支持。
 
論文鏈接:http://www.nature.com/articles/ncomms14579
 
                                                                                                                     供稿:微電子所 編輯:徐靜

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