(Phys.org) —Au cours de la dernière année, Des chercheurs de l'Université Tsinghua de Pékin ont écouté de la musique sur un ordinateur portable grâce à une paire d'écouteurs inhabituels. Bien que les écouteurs semblent ordinaires, ils ne contiennent pas le haut-parleur à bobine métallique typique que l'on trouve dans la plupart des écouteurs, mais plutôt une puce faite de nombreux fils de nanotubes de carbone (CNT) en forme de corde avec des rainures gravées dedans. Parce qu'ils sont faciles à fabriquer, fonctionner sur 60 mW de puissance, et fournir une qualité sonore claire, les puces à base de CNT pourraient être utilisées comme composants dans une grande variété de haut-parleurs, y compris ceux trouvés dans les téléphones portables et les ordinateurs portables.

"La puce thermoacoustique CNT est à base de silicium, sans vibration, mince, et sans aimantation, " Yang Wei de l'Université Tsinghua a dit Phys.org . "Il introduit la nanotechnologie à base de CNT dans l'industrie des semi-conducteurs conventionnels. Cette percée réduira considérablement le coût et favorisera ainsi la commercialisation de la nanotechnologie. Des dispositifs plus fonctionnalisés peuvent être intégrés dans la puce thermoacoustique, car il est basé sur une plaquette de silicium. Le haut-parleur CNT peut fonctionner longtemps grâce à sa caractéristique sans vibration. La faible épaisseur lui permet de répondre à la demande de miniaturisation des appareils. L'inconvénient est la faible efficacité, comme indiqué par la sensibilité. Mais la consommation électrique des écouteurs CNT est acceptable pour l'électronique grand public."

Dans leur article publié dans un récent numéro de Lettres nano , les chercheurs expliquent que les haut-parleurs CNT fonctionnent complètement différemment des haut-parleurs conventionnels. La plupart des haut-parleurs produisent des sons par la vibration mécanique d'un matériau physique, comme le métal, papier, ou en plastique, ce qui fait alors vibrer les particules d'air environnantes. En revanche, les haut-parleurs CNT produisent des sons dus à un courant alternatif qui chauffe périodiquement le réseau de fils CNT, ce qui crée des ondes de température dans l'air environnant. La dilatation et la contraction thermiques de l'air environnant génèrent du son. Malgré les différences entre ces deux méthodes de production sonore, le son des haut-parleurs CNT est essentiellement le même que celui généré par les vibrations mécaniques.

Les effets thermoacoustiques étaient connus dès 1917, quand les physiciens H.D. Arnold et I.B. Crandall, travaillant au laboratoire de recherche de l'American Telephone and Telegraph Co. et de la Western Electric Company, Inc., qui deviendra plus tard Bell Labs, ont observé que l'introduction d'un courant électrique dans un conducteur mince pouvait produire des sons et agir comme un thermophone.

Cependant, il n'y a eu aucun progrès significatif sur les effets thermoacoustiques jusqu'en 2008, quand une équipe de chercheurs de Chine, y compris certains des auteurs du présent article, a fabriqué un haut-parleur thermoacoustique fait d'un morceau de film CNT aligné. Les chercheurs ont découvert que l'utilisation du matériau CNT à la place d'un conducteur conventionnel peut considérablement amplifier l'effet thermoacoustique en raison de la capacité thermique ultra-faible du film CNT par unité de surface. De cette façon, les propriétés nanométriques des films CNT ont rendu l'ancien concept de thermophone pratique.

Dans le journal actuel, les physiciens ont remplacé le film CNT multiparois aligné par des réseaux de fils fins CNT multiparois, qui ont une résistance mécanique élevée et une réponse thermique rapide similaire au film. Les réseaux de fils CNT ont été suspendus à travers une série de rainures qui ont été modelées sur une plaquette de silicium, et des électrodes d'argent ont été collées sur les côtés de chaque puce. Les scientifiques ont découvert que le niveau de pression acoustique dépend fortement de la profondeur du sillon, qui variait ici de 5 à 200 um, avec des rainures plus profondes offrant des niveaux de pression acoustique plus élevés.