Nanobuisjes maken mini-luidspreker mogelijk kennislink.nl, 2008

Nanobuisjes maken mini-luidspreker mogelijk
kennislink.nl, 2008
Een flinterdun folie van nanobuisjes blijkt prima dienst te kunnen doen als luidspreker, dankzij het thermoakoestisch effect. Door deze ontdekking van Chinese natuurkundigen zijn flexibele mini-speakers binnen
handbereik.
November 2010. Je loopt over straat terwijl je jas de nieuwste hit van je favoriete band afspeelt. Het begint te regenen, dus je
steekt een paraplu op, die daarop prompt begint het laatste weerbericht voor te lezen. Eenmaal thuis aangekomen vertelt de
krant je het avondnieuws, en als je ’s avonds laat in slaap valt spelen de gordijnen een rustig muziekje af...
Science fiction? Nee, aldus Kaili Jiang van de Tsinghua Universiteit in Beijing. Hij zette onlangs stroom op een flinterdun
blaadje gemaakt van koolstof nanobuisjes, en merkte tot zijn grote verbazing dat er een enorme hoeveelheid geluid uit kwam.
Een baanbrekende ontdekking, want een kleine, dunne, flexibele speaker heeft heel veel voordelen ten opzichte van
conventionele luidsprekers.
Een gewone luidspreker gebruikt een magneet om een vlies in trilling te brengen, dat daardoor geluidsgolven produceert. Omdat
de sterkte van de geluidsgolven onder andere afhangt van de grootte van het vlies, is het vrijwel onmogelijk om kleine speakers
te maken die stevig geluid produceren. Met het nanobuisjesmateriaal kan dat wel. Bovendien is het flinterdunne materiaal
makkelijk in allerlei toepassingen te verwerken, het kan zelfs doorzichtig worden gemaakt.
In een gewone luidspreker wordt een spoel met een elektrische stroom gemagnetiseerd. Die spoel trekt dan de permanente magneet in
de luidspreker aan, of stoot hem juist af als het magneetveld de andere kant op staat. De trilling die daardoor in het vlies van de
luidspreker, deconus, ontstaat, duwt en trekt daardoor aan de lucht. In ons oor vangt het trommelvlies die trilling op, zodat we de trilling
als geluid kunnen horen.
De nieuwe luidspreker werkt dankzij het thermo-akoestisch effect. Dat effect werd ruim honderd jaar geleden ontdekt door
onder andere Lord Rayleigh, tijdens experimenten met dunne metaalfolies. Bij die experimenten bleek dat je geluid kunt
produceren door stroom op een dun laagje geleidend materiaal te zetten. Helaas komt er uit een gewoon stukje folie bijna geen
volume, dus was het effect tot nu toe niet erg nuttig voor het maken van speakers. Het koolstofbuisjesmateriaal blijkt nu 260
keer meer geluid te geven dan metaalfolies. En daarmee krijgt het thermo-akoestisch effect een tweede kans in de luidsprekertechniek.
Een koolstof nanobuisje bestaat uit een opgerold velletje koolstof, waarin de atomen in een zeshoekig rooster zitten. De doorsnede van
1 nanobuisje is ongeveer 50 nanometer, duizend keer zo dun als een haar.
De nanobuisjes, het wondermateriaal waarmee meer en meer baanbrekende ontdekkingen worden gedaan, zijn
verantwoordelijk voor het grote thermo-akoestische effect. De stroom die door het velletje loopt zorgt ervoor dat de temperatuur
van de buisjes gaat variëren tussen kamertemperatuur en 80 graden Celsius. De wisselende temperatuur maakt drukgolven in de
lucht in de buurt van de luidspreker, die wij kunnen horen als geluid. Door de bijzondere eigenschappen van de nanobuisjes gaat
dat opwarmen en afkoelen razendsnel, zodat de geluidskwaliteit en het volume dat dit materiaal produceert opvallend goed is.
Bovendien vervormt het materiaal zelf niet door de stroom, zodat het flinterdunne materiaal ook nog prima werkt als het
uitgerekt of gebogen is.
Links een microscopische afbeelding van het nanobuisjes-materiaal waar de nieuwe speaker van gemaakt is, rechts een velletje van 10
bij 10 centimeter in een testopstelling. Er bestaat van dit materiaal ook een geheel doorzichtige variant.
Dunne, kleine, flexibele luidsprekers kunnen op enorm veel manieren worden gebruikt, en dus zijn de ontdekkers al druk in
onderhandeling met bedrijven die ze op de markt willen brengen. Het zal dus waarschijnlijk niet al te lang duren voordat
mobiele telefoons dankzij deze technologie nóg kleiner en dunner worden, en wie weet komt binnenkort het eerste t-shirt met
ingebouwde MP3-speler op de markt...