在我們?nèi)粘Ｉ�活中有各種不同的聲音，人類是如何識別自然界中的各種聲音的？其中的原理就是這些聲音都有自己的固有頻率，它們作為輕微的壓力波在空氣中傳播，當(dāng)這些特定的波傳到人的耳朵后，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鼓膜或者耳膜將壓力波轉(zhuǎn)為機械振動。而這些振動通過耳蝸將波信號轉(zhuǎn)化為由大腦感知和處理的電流信號，從而使人能聽到不同的聲音。近期，麻省理工學(xué)院研究團隊研發(fā)了一款聲學(xué)織物，該織物模擬人的耳朵功能，首先將聲音轉(zhuǎn)換為機械振動，然后轉(zhuǎn)換為電信號，通過這種方式，聽見并記錄微弱的聲音。相關(guān)研究成果以“Single fibre enables acoustic fabrics via nanometre-scale vibrations”為題發(fā)表在《Nature》上。

在材料設(shè)計過程中，最重要的環(huán)節(jié)就是如何將微弱的壓電信號轉(zhuǎn)化為電信號。在壓電材料中，壓電無機材料顯示出高壓電性能，但是由于剛性、易碎的特性使其很難加工成纖維。而聚合物表現(xiàn)出易加工特點，制備的纖維其形狀和尺寸均可調(diào)整，但其壓電性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于無機材料。據(jù)此，研究團隊試圖開發(fā)復(fù)合材料即結(jié)合無機材料和高分子材料的優(yōu)勢來制備壓電復(fù)合材料，通過它們各自的優(yōu)勢從而克服其局限性。

研究團隊利用熱拉伸策略制造了具有最佳壓電性能的聚合物纖維。首先將材料加熱至柔軟狀態(tài)，然后以恒定的速度拉伸，最后伸長成直徑均勻的纖維。拉伸和極化的結(jié)合可以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使大分子鏈及其晶體結(jié)構(gòu)在形成時沿著纖維的軸定向，以及誘導(dǎo)電偶極子，這導(dǎo)致響應(yīng)于機械刺激的電荷流量增加，從而極大地改善了壓電性能。制備的織物基體可像鼓膜一樣高效地將聲壓轉(zhuǎn)化為機械振動。然后，纖維傳感器像耳蝸一樣將機械振動轉(zhuǎn)化為電信號，從而監(jiān)測并記錄聲音。無論是在安靜的圖書館中，還是在交通繁忙的道路上，這種織物都可以捕捉聲音，并且還能確定諸如拍手之類的突然響聲的精確方向。

據(jù)了解，該柔性單纖維傳感器能編織成織物，可以接收和發(fā)出聲音，識別聲音的來源，甚至監(jiān)測心跳。

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04476-9

文章來源：高分子科學(xué)前沿、科學(xué)網(wǎng)