中國華中科技大學的研究人員發文闡述了一種能充當助聽裝置的導電膜。這種導電膜不需要接入外部電源，便可將聲波轉換成電訊號。
植入模型耳內的導電膜透過將聲波轉換為電脈衝，模擬了耳蝸毛髮的作用。
有的人天生存在聽力障礙，有的人則是由於年齡、感染或長期接觸噪音而聽力受損。在大多數情況下，聽力受損都與內耳耳蝸中能讓大腦識別電脈衝的微小絨毛遭到破壞有關。phys.org網站當地時間10月27日報道，中國華中科技大學的研究人員在《ACS Nano》雜誌中發文闡述了一種能充當助聽裝置的導電膜。在模型實驗中，這種導電膜成功地擺脫了外部電源，將聲波轉換成電訊號。
當內耳中的毛細胞停止工作時，聽力損傷是無法逆轉的。目前，聽力受損的治療方案僅限於讓患者佩戴助聽器或人工耳蝸。然而，這類裝置必須接入外部電源，放大後的語音往往也並不準確。因此，研究人員提出了一種新的潛在解決方案：模擬健康的耳蝸毛髮，將噪音轉換成人腦可識別的電訊號。
為了達成該目標，研究人員此前已經嘗試過自供電的壓電材料和摩擦電材料。壓電材料在聲波產生壓力壓縮時會帶電，而摩擦電材料在聲波移動時會產生摩擦靜電，但基於這兩種材料的裝置並不容易製造，也無法在人類語言對應的頻率範圍產生足夠強的訊號。為此，華中科技大學研究人員Yunming Wang等開始嘗試用簡單的方法制備一種兼具壓電和摩擦電的材料，進而開發在更寬音訊範圍內高效、靈敏的聲學感測裝置。
在製造過程中，研究人員首先將塗有二氧化矽的鈦酸鋇奈米顆粒混入一種導電聚合物中，並採用乾燥技術使之變成一層薄而柔軟的膜。接著，他們用鹼性溶液除去二氧化矽，留下一層海綿狀薄膜，為奈米粒子的運動留下空間。當聲波擊中薄膜時，奈米粒子就能相互碰撞。
測試結果表明，與原始聚合物相比，奈米粒子和聚合物之間的接觸使薄膜的電輸出增加了55%。當研究人員將薄膜夾在兩個薄金屬柵格間時，聲學感測裝置產生的最大電訊號為170赫茲，處於大多數成年人的發聲頻率範圍之內。最後，研究人員將裝置植入一個模型耳朵中，並播放了音樂檔案。他們記錄下電子輸出，隨後將其轉換成新的音訊檔案。對比實驗表明，新檔案與原始檔案非常相似。
研究人員表示，這種自供電裝置可響應的音域範圍十分寬闊，將幫助使用者聽清絕大多數聲音。
編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責編：陳之涵
期刊來源：《ACS Nano》
期刊編號：1936-0851
原文連結：https://phys.org/news/2021-10-flexible-device-loss-batteries.html
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