美國加州大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)家使用石墨烯構(gòu)建了輕質(zhì)的超聲揚(yáng)聲器和話筒，使人們能夠模仿蝙蝠或海豚的能力，去使用超聲作為信息交流，和對周圍物體的測距和測速。就現(xiàn)實應(yīng)用而言，無線超聲器件彌補(bǔ)了射頻器件在某些環(huán)境下無法使用的困境，例如水下。而且石墨烯無線超聲器件的保真度比現(xiàn)有超聲或聲納器件高很多。這個手段還能夠使信號穿透物體，例如鋼，這是電磁波達(dá)不到的。
“海洋哺乳動物和蝙蝠使用超聲來回聲定位和交流，但是人類還沒有充分的開拓這個領(lǐng)域，依我來看，是因為技術(shù)尚未成熟。”美國加州大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)家 Zettl說“直到現(xiàn)在，我們還沒有好的寬帶超聲發(fā)射器和接收器，這些新的器件是一個技術(shù)機(jī)遇�！�
揚(yáng)聲器和話筒都是用鼓膜，一般由紙和塑料制造。它們通過震動去產(chǎn)生聲音或者探測聲音。在新的器件里的鼓膜是石墨烯薄膜，它們只有一個原子厚度，但是擁有好的韌性，強(qiáng)度，并且質(zhì)量輕，因此能夠?qū)拇温暡?小于20赫茲)到超聲波（大于20千赫茲）的聲音得以響應(yīng)。人類能夠聽到20赫茲至20千赫茲之間的聲音，而蝙蝠只能聽到千赫茲的范圍（9-200千赫茲）。石墨烯的揚(yáng)聲器和話筒甚至可以在小于20赫茲和高于500千赫茲的頻率范圍工作。
石墨烯由碳原子的六圓環(huán)結(jié)構(gòu)組成，這個結(jié)構(gòu)造就了堅韌的輕薄的薄膜。它所擁有的獨(dú)特的電子性質(zhì)，讓物理學(xué)界在過去的20多年感到興奮�！笆褂檬┰陔娮雍图{米器件領(lǐng)域是一個熱門話題。但是這些應(yīng)用離現(xiàn)實還有一段距離”Zettl說,“話筒和揚(yáng)聲器是那些距產(chǎn)業(yè)化最近的器件之一，因為我們已經(jīng)找到了怎樣來大規(guī)模制備的簡單方法”。此工作已經(jīng)于本周在美國科學(xué)院院刊刊登。
兩年前周勤（音譯）用石墨烯薄膜作為鼓膜搭建了揚(yáng)聲器，從那時起他開始研發(fā)基于類似于揚(yáng)聲器的石墨烯鼓膜的話筒。
石墨烯最大的好處是單層原子結(jié)構(gòu)非常輕薄，以至于對電子脈沖不同頻率有好的響應(yīng)。而今天的壓電話筒和揚(yáng)聲器做不到這一點(diǎn)。這樣的性質(zhì)非常便于超聲發(fā)生器與接收器同時使用不同的頻道去傳輸大量的信息，或者像聲納一樣去測量距離�！耙驗槲覀兊谋∧し浅５妮p，它有非常寬的頻率響應(yīng)，而且它能夠產(chǎn)生尖銳的脈沖，所以在測量距離上比傳統(tǒng)的方法精確很多�！敝苷f。石墨烯膜也更加高效的能量利用，它可以將超過99%的能量用來驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)換成聲音，而今天的常規(guī)揚(yáng)聲器和耳機(jī)只有8%轉(zhuǎn)換為聲音。Zettl預(yù)言未來的通訊器件，像手機(jī)，不僅僅使用電磁波射頻而且也使用聲音和超聲進(jìn)行高定向和長距離的信息傳輸。 “石墨烯是一種神奇的材料;它完美滿足了通訊器件的關(guān)鍵需求” 他說。
當(dāng)初，周勤將此工作告訴夫人鄭女士。鄭女士建議使用這樣的器件去捕捉那些人耳無法聽到的聲音。于是，周將該設(shè)備安裝在公園。當(dāng)他們將記錄到的聲音以八分之一的速度慢放，把高頻轉(zhuǎn)變成了人耳可聽到的音頻。他們對這樣高保真的蝙蝠的聲音很驚訝。
“這個器件足以輕巧的安裝在蝙蝠的身上，去監(jiān)聽蝙蝠聽到了什么”周說。
伯克利的蝙蝠專家Michael Yartsev說：這些新的話筒將非常有價值，可以用來研究高頻的音頻信號，例如蝙蝠使用的頻率。石墨烯的使用允許我們在一個寬泛的頻率范圍內(nèi)獲得非常均衡的頻率響應(yīng)，包括超聲波，并且將使我們精細(xì)的研究被蝙蝠使用那些聲音信號。Zettl指出，音響發(fā)燒友也會因此而得益于這項技術(shù)。
幾年前，基于石墨烯的揚(yáng)聲器和話筒幾乎不可能存在。這是因為制作獨(dú)立石墨烯薄膜的困難。Zettl說：“但是經(jīng)過過去的十年石墨烯科研人員的共同努力，發(fā)展出了生長/轉(zhuǎn)移/固定石墨烯技術(shù)，而且量產(chǎn)已經(jīng)變得容易�！�
二維碳素翻譯自： 加州大學(xué)伯克利分校網(wǎng)站