Singende Fahnen

Physik Journal – Dünne Schichten aus Kohlenstoff-Nanoröhren sind ideale Lautsprecher.

Lautsprecher bestehen im Prinzip aus einer trichterförmigen Membran, an deren Ende eine Schwingspule befestigt ist. Diese liegt im Feld eines Permanentmagneten. Chinesische Wissenschaftler der Universität Tsinghua in Beijing und der Beijing Normal University haben festgestellt, dass sich Lautsprecher aus Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) bauen lassen – ganz ohne bewegliche Teile oder Magnete.

Abb.: Lautsprecher aus Kohlenstoff-Nanoröhren funktionieren auch, wenn sie im Wind wehen. (Bild: Nano Letters)

Die Forscher verbanden Folien aus parallel ausgerichteten CNT mit zwei Elektroden. Die Klangqualität dieses einfachen Lautsprechers untersuchten sie mit einem Audioanalysator. Fazit: große Frequenzbandbreite, hohe Schalldruckpegel und geringer Klirrfaktor. Durch Tests ermittelten sie, dass ein einschichtiger CNT-Lautsprecher Leistungsdichten von 50 000 W/m² aushält. In einer Hinsicht verhalten sich die Folien anders als ihre konventionellen Gegenstücke: Sie verdoppeln die Ausgangsfrequenz gegenüber der Eingangsfrequenz, weshalb ein kommerzieller Audioverstärker keinen gewohnten Klangeindruck liefert. Dies lässt sich durch einen entsprechend angepassten Verstärker lösen.

Durch ihre Untersuchungen kommen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass CNT-Lautsprecher nicht schwingen, sondern Schall durch den thermoakustischen Effekt erzeugen: Der Wechselstrom erwärmt die dünnen Schichten und löst dadurch eine Temperaturoszillation aus, die sich in der Umgebungsluft als Druckschwankung äußert. Da beide Hälften des Wechselstroms zur Erwärmung beitragen, würde dies auch erklären, warum sich die Eingangsfrequenz verdoppelt.

CNT-Lautsprecher sind dehnbar, transparent und elastisch – das macht sie für völlig neue Anwendungen interessant:  z. B. Lautsprecher, die direkt auf einem Display aufliegen oder die auf Fahnen im Wind flattern. Selbst Tapeten, Fenster oder Kleidung lassen sich damit belegen, denn allein ein einziger Vier-Zoll-Wafer mit Kohlenstoffröhren liefert eine 10 cm breite und 60 m lange Folie.

Michael Vogel

Quelle: Physik Journal, Januar 2009, S. 12


Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  L. Xiao et al., Nano Lett., Online-Ausgabe
  dx.doi.org/10.1021/nl802750z

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