Eine dünne Folie aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen kann als Lautsprecher fungieren, wenn sie von Wechselstrom durchflossen wird. Anders als bei herkömmlichen Modellen werden die Töne hier durch einen thermoakustischen Effekt erzeugt, wodurch Magnet, Spule und Membran überflüssig werden.
Grundaufbau eines Lautsprechers
Das transparente, biegsame und dehnbare Material besteht aus zueinander ausgerichteten Nanoröhrchen mit einem Durchmesser von zehn Nanometern. Um es zu einem Lautsprecher zu machen, leiteten Shoushan Fan von der Tsinghua Universität in Peking und sein Forschungsteam niederfrequenten und damit im Bereich hörbarer Schallwellen liegenden Wechselstrom hindurch. Mit Hilfe eines Laservibrometers stellten sie fest, dass sich die Folie derweil nicht bewegt. Materialschwingungen, wie sie in gewöhnlichen Lautsprecherkegeln auftreten, konnten sie damit als Ursache für die entstehenden Töne ausschließen
Stattdessen, so fanden die Forscher heraus, wechselt das Nanomaterial mit der anliegenden Frequenz zwischen der Raumtemperatur und 80 Grad Celsius hin und her. Diese schnellen Temperaturwechsel führen zu Druckschwankungen in der Luft nahe dem Film, die letztlich den Klang entstehen lassen.
Das Prinzip ist bereits seit über hundert Jahren bekannt, wurde damals allerdings auf eine dünne Metallfolie angewandt. Im Gegensatz zum Nanomaterial war die Lautstärke nur sehr gering. Grund dafür sei die jeweilige Wärmekapazität pro Flächeneinheit, erklären die Wissenschaftler. Sie ist ein Maß dafür, wie viel Energie aufgewendet werden muss, um die Temperatur eines Werkstoffs zu erhöhen. Eine Folie aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen hat eine rund 260-mal kleinere Wärmekapazität als eine aus Platin. Deshalb erzeugen die Nanolautsprecher die Schallwellen entsprechend effizienter und klingen lauter.
Die ultrakleine Wärmekapazität des Nanoröhrchenfilms führe außerdem zu einer breiten Frequenzabdeckung. Da sich Nanofilme in jeder beliebigen Form und Größe herstellen lassen, berichten Fan und seine Kollegen, könnten sie in vielen akustischen Geräten zum Einsatz kommen - beispielsweise an der Vorderseite eines LCD-Bildschirms anstelle der normalen Lautsprecher. Aber auch singende und sprechende Kleidung wäre denkbar. (mp)
Klein, kleiner, am kleinsten - Miniaturisierung ist "in" in Forschung und Technik. Dementsprechend wächst das Inventar im Nano-Baukasten. Doch ist es mit winzigen Komponenten nicht getan - sie müssen auch zusammenarbeiten. Und hier offenbaren sich bisweilen ganz besondere Tücken der Zwergenwelt.
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