【产通社，7月3日讯】清华大学新闻中心（Tsinghua University News Center）官网消息，其集成电路学院任天令教授团队合作报道了一种结合石墨烯与3D打印腔体的可穿戴声学器件，通过热声共振机制实现了谐振频率可调谐与声压增强。

该研究针对二维热声器件在5千赫兹以上频段声谱平坦但低频声压不足的问题，设计了一种结合石墨烯与3D打印腔体的可穿戴声学器件。该器件以激光直写石墨烯作为二维柔性热声源附着于海螺式螺旋腔体底部，基于热声效应释放焦耳热引发空气振动形成声音，经过腔体内部螺旋结构实现热声共振，其谐振频率可调并增强了共振声压。实验验证了器件工作的谐振频率与声传播路径距离的反比关系：当腔体高度从0增至10毫米时，5.4千赫兹频率下的声压级从32分贝提升至71分贝。最后在商用人工耳蜗系统测试中，实现1千赫兹与10千赫兹双频点的有效声放大，为柔性扬声器开发提供了新思路。

研究人员开发出一种可穿戴式类海螺的亥姆霍兹共振腔。该装置将超薄石墨烯热声器件集成于腔体入口，通过独创的螺旋腔体设计实现热声共振放大机制：热声转换产生声波→腔体出口声阻抗变化引发声波反射→反射波与原声波形成共振→亥姆霍兹腔增强声压。性能测试表明，装配有该仿生腔体的声学器件在可听频域内呈现多频段增强效应，声压提升效果显著优于开放环境及传统耳机壳体，为柔性声学薄膜扬声器在智能助听设备等领域的应用开辟了新路径。

该器件以激光直写石墨烯（LSG）为核心，中层为聚氨酯柔性膜，下层为透气纸纤维基底，形成独特的“三明治”结构。制备过程包括氧化石墨烯涂覆、激光还原及电极连接，其核心创新在于超薄PU-LSG复合体可贴附于任意曲面，器件尺寸仅3.5×3.5毫米。扫描电镜显示LSG表面均匀平整，截面呈现50微米厚三层柔性结构。拉曼光谱表明激光处理后出现多层石墨烯特征峰。

研究团队创新性提出了热声共振的物理模型：区别于传统扬声器的机械振膜发声原理，石墨烯器件通过焦耳热激发空气振动，实现100%空间利用率。实验测试表明螺旋腔体中的声传播路径等效于直腔高度，其谐振频率随腔体总尺寸增大而降低，当总尺寸从28毫米增至42毫米时，谐振峰f6从12.8千赫兹降至5.3千赫兹。通过构建声场分布模型，实现了声压级仿真与实测数据的高度吻合，验证了该理论模型的适用性。

相关研究成果以“基于石墨烯热声共振腔体的可调频声音增强研究”（Frequency-tunable sound amplification in a conch-like cavity with graphene thermoacoustic resonance）为题，于6月4日发表于《科学进展》（Science Advances）。

查询进一步信息，请访问官方网站http://www.tsinghua.edu.cn/info/1175/119789.htm，以及https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adv2801。（Robin Zhang，产通数造）    （完）