Группа исследователей создала прочную ультратонкую пленку из натуральной древесины, которую затем использовала в качестве диафрагмы для аудиоколонки.
Тонкие пленки из пластика, металла, керамики и углерода широко применяются в различных сферах, от упаковки пищи и очистки воды, до электроники и солнечных элементов. Однако мембраны, используемые в акустических системах, должны быть не только тонкими, но и обладать высокой механической прочностью, чтобы обеспечить необходимую чувствительность и амплитуду колебаний.
Пленки из металла, керамики и углерода очень упругие, но их сложно и дорого производить, а пластиковые менее эффективны и загрязняют окружающую среду. Поэтому команда материаловеды и инженеры из Мэрилендского университета в Колледж-Парке решили использовать в качестве основы натуральные материалы на основе целлюлозы.
Для созданий ультратонкой пленки толщиной менее 8,5 микрометров они частично удалили лигнин (делигнификация) и гемицеллюлозу из продольно разрезанной бальзовой древесины, чтобы сохранить структуру канала. Далее для увеличения плотности полученного пористого материала его подвергли обработке горячим прессованием, что также уменьшило его толщину на 97%. Целлюлозные нановолокна в ультратонкой пленке оставались высокоориентированными, но более плотно ламинированными по сравнению с натуральной древесиной.
Механические испытания показали, что материал обладает прочностью на разрыв до 342 МПа и модулем Юнга 43,65 ГПа. Это в 20 и 35 раз лучше показателей натуральной древесины, соответственно.
Такие характеристики пленки позволили команде без проблем сгибать и складывать ее, а также применить в качестве акустического преобразователя для сборки миниатюрного динамика с широкой полосой пропускания, высокой чувствительностью и уровнями звукового давления. Прототип содержал деревянную диафрагму и плату с миниатюрным динамиком из медной катушки и постоянного магнита.
В дальнейшем группа планирует усовершенствовать конструкцию мембраны и разработать технологию промышленного применения в производстве микрофонов, слуховых аппаратов и акустических датчиков.
Ранее мы также сообщали об изобретении прозрачной древесины и древесного термоэлектрогенератора.
текст: Илья Бауэр, фото и видео: University of Maryland