在我們日常生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，當這些特定的波傳到人的耳朵后，結構復雜的鼓膜或者耳膜將壓力波轉為機械振動。而這些振動通過耳蝸將波信號轉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，麻省理工學院研究團隊研發了一款聲學織物，該織物模擬人的耳朵功能，首先將聲音轉換為機械振動，然后轉換為電信號，通過這種方式，聽見并記錄微弱的聲音。相關研究成果以“Single fibre enables acoustic fabrics via nanometre-scale vibrations”為題發表在《Nature》上。

在材料設計過程中，最重要的環節就是如何將微弱的壓電信號轉化為電信號。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。而聚合物表現出易加工特點，制備的纖維其形狀和尺寸均可調整，但其壓電性能遠遠低于無機材料。據此，研究團隊試圖開發復合材料即結合無機材料和高分子材料的優勢來制備壓電復合材料，通過它們各自的優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，然后以恒定的速度拉伸，最后伸長成直徑均勻的纖維。拉伸和極化的結合可以產生協同效應，使大分子鏈及其晶體結構在形成時沿著纖維的軸定向，以及誘導電偶極子，這導致響應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化為機械振動。然后，纖維傳感器像耳蝸一樣將機械振動轉化為電信號，從而監測并記錄聲音。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。

據了解，該柔性單纖維傳感器能編織成織物，可以接收和發出聲音，識別聲音的來源，甚至監測心跳。

原文鏈接：

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

文章來源：高分子科學前沿、科學網