米國(guó)、音波を発音?検出する繊維を開(kāi)発

數(shù)百年來(lái)、じんぞうせんい衣服やひもの原材料のことで、情報(bào)の時(shí)代になると、繊維の意味は通信ネットワークにデータを運(yùn)ぶガラスのフィラメントに変わった。しかし、マサチューセッツ工科大學(xué)電子研究実験室のユル?フィンク準(zhǔn)教授にとって、織物や光ファイバに使用されるこれらの繊維は受動(dòng)的すぎる。過(guò)去10年間、彼の実験室は繊維織物が周囲の環(huán)境と相互作用するように、より先進(jìn)的な性能を持つ繊維の開(kāi)発に取り組んできた。

最近號(hào)のネイチャー?マテリアル誌では、フィンクとその協(xié)力者がマイルストーン的な意味を持つ新規(guī)機(jī)能繊維：検出して音を発生させることができる繊維。この繊維の応用には、マイクとして使用できる服を作り、音聲を捕捉したり、身體機(jī)能を監(jiān)視したりすることができる、あるいは毛細(xì)血管中の血液流量や脳の圧力を測(cè)定できる微細(xì)なモノフィラメントを作製することもできる。

新繊維は非対稱分子プラスチックを含む

一般的な光學(xué)繊維は「プリフォーム」で作られ、プリフォームは加熱、紡糸、冷卻が可能な大きな円筒狀の単一材料である。対照的に、フィンク研究所が開(kāi)発した繊維は、いくつかの異なる材料を入念に幾何學(xué)的に配置し、加熱と延伸プロセスで完全に維持できるようにした。

新しい音響繊維のコアはマイクで一般的に使用されているプラスチック。このプラスチック中のフッ素含有量は、加熱と延伸の過(guò)程でもフッ素原子と水素原子のそれぞれの側(cè)にある分子が不平衡狀態(tài)にあることを確保することができる。この分子の非対稱性はプラスチックに「圧電性」を持たせ、これは1つの電場(chǎng)がそれに適用されると形狀が変化することを意味する。

従來(lái)の圧電マイクロホンでは、電界は金屬電極から発生する。しかし、繊維マイクロホンでは、引張プロセスによって金屬電極の形狀が失われることがあります。そのため、研究者は代わりに黒鉛を含む導(dǎo)電性プラスチックを用いた。導(dǎo)電性プラスチックは加熱時(shí)に稠密な液體を生成し、金屬電極よりも高い粘度を維持する。これは材料の混合を阻止するだけでなく、繊維にも通常の厚さを持たせることが重要です。

繊維が延伸されると、研究者はすべての圧電分子を同じ方向に配列する必要がある。この場(chǎng)合、強(qiáng)力な電場(chǎng)（雷鳴で稲妻を起こす電場(chǎng)よりも20倍強(qiáng)い）を適用する必要があります。繊維のどこも非常に狹いため、周囲の物質(zhì)を破壊する微小な稲妻球が生成されます。

発聲繊維の用途が広い

製造過(guò)程にはこのような微妙なバランスが必要であるにもかかわらず、研究者は実験室でこのような機(jī)能繊維を作ることができる。電源に接続し、正弦波電流（周期が非常に安定した交流）を印加すると、繊維が振動(dòng)します。オーディオ周波數(shù)で振動(dòng)させ、耳に近づけると、異なる音符や音を聞くことができます。『自然?材料』の論文では、研究者は繊維の音響性能をより厳格に測(cè)定した。水は空気よりも音を伝導(dǎo)することができるため、繊維が検出できる音波を交互に発することができ、同時(shí)に繊維が発する音波を検出することができる標(biāo)準(zhǔn)的な音響変換器の向こうのタンクに繊維を置く。

研究者は最終的にこれらの実験繊維の性能を1本の単一繊維に統(tǒng)合することを望んでいる。例えば、強(qiáng)い振動(dòng)は反射光ファイバの光學(xué)特性を変化させ、それによって繊維織物が光學(xué)通信を行うことができるようにすることができる。ウェアラブルマイクとバイオセンサのほか、この繊維の応用には、海洋中の水の流量を監(jiān)視することができる網(wǎng)と、數(shù)百萬(wàn)個(gè)の微小な音響センサに相當(dāng)するこの音響繊維を用いて織られた織物を用いた高解像度の大面積音響イメージングシステムが含まれる。研究者によると、同じメカニズムを利用して、圧電素子は逆に電力を運(yùn)動(dòng)に変換することができるという。