El grafeno está considerado como una verdadera maravilla y es la base de muchos inventos que se han fabricado con dicho material, uno de los cuales es un micrófono cerca de 32 veces más sensible que los regulares.
El grafeno
El grafeno es una innovación tecnológica descubierta en la Universidad de Manchester y gracias a la cual dicha institución ganó el Premio Nobel de Física en 2010, por ello se le llama se le llama “el hogar del grafeno”.
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El grafeno está compuesto por una única capa de átomos de C (Carbono) con disposición hexagonal, que resulta muy liviano (1 m2 pesa aproximadamente 0,76 miligramos), de gran fortaleza (200 veces más duro que el acero) y casi la misma densidad que la “fibra de C”.
Este material se ha utilizado para desarrollar pantallas táctiles digitales resistentes y flexibles, dispositivos de filtración de agua, sistemas de administración de fármacos, lentes de contacto de visión nocturna avanzada y varias innovaciones más.
Una nueva aplicación
La mayoría de los micrófonos funcionan como un altavoz a la inversa, ya que convierten el sonido en corrientes eléctricas. Cuando el locutor habla, las ondas sonoras viajan hacia el micrófono y generan un impacto en una membrana que por el mismo efecto vibra.
Estas vibraciones se transfieren a una bobina metálica y por efecto de la inducción de un imán permanente, que a continuación se mueve hacia atrás y hacia adelante, crea un campo magnético; esto genera una corriente eléctrica que viaja a un amplificador o a un dispositivo de grabación de sonido.
La membrana que genera la vibración, normalmente se fabrica con níquel, pero para este estudio, se utilizó una de grafeno, según explica Marko Spasenovic, uno de los autores del artículo que se publicó en la mencionada revista Materiales 2D.
Según él la idea era demostrar que el grafeno, aunque sin dudas es un material relativamente nuevo, tiene potencial para una gran cantidad de aplicaciones en el mundo real y agregó que: «teniendo en cuenta su peso ligero, su alta resistencia mecánica y su enorme flexibilidad, el grafeno sólo pide ser utilizado como material para las membranas acústicas.»
La membrana de grafeno que se utilizó en esta oportunidad tiene sólo 30 átomos de carbono de espesor y se “cultivó” en una lámina a base de níquel, utilizando un proceso conocido como “deposición química de vapor” (CVD).
Durante el CVD, las sustancias gaseosas, los reactivos (tales como el metano que es un compuesto que contiene carbono) interactúan con un sustrato, en este caso el papel de aluminio, con el fin de producir grafeno. Después de que las hojas de grafeno comienzan a cristalizar en el papel de aluminio, el níquel se retira cuidadosamente.
Del micro convencional al del grafeno
El rendimiento de un micrófono normalmente se prueba y se mide mediante el registro de una serie de ondas de sonido en un intervalo de frecuencias, desde la muy baja de 10 hertz a la más alta de 24 kilohertz (lo cual representa más o menos el rango de la audición humana).
La frecuencia se relaciona con el tono de los sonidos (graves y agudos), mientras que la amplitud se relaciona con la «intensidad». Las ondas de sonido que aumentaban en frecuencia, pero se mantenían en amplitudes constantes (de la muy baja a la muy alta) fueron eliminadas por la lámina de grafeno.
Cuanto más coincide la vibración de la membrana con el patrón de onda de las ondas sonoras, más sensible se considera. Los resultados, en comparación con las membranas a base de níquel convencionales, fueron notables.
Se demostró un aumento de 32 veces en la sensibilidad a través de una parte importante del espectro de audio: hasta 11 kilohercios y con una increíble variedad de amplitudes y se comprobó que la membrana de grafeno tenía una sensibilidad extra de 10 a 15 decibelios hasta 11 kilohercios.
Los investigadores también simularon una membrana de grafeno gruesa (de 300 capas), que tiene el potencial de ser aún más sensible, dado que podría detectar hipotéticamente frecuencias de hasta un megahertz, una medida que está en la parte ultrasónica del espectro; sin embargo esto aún no se ha probado de forma experimental.
«En esta etapa hay varios obstáculos para hacer que el grafeno resulte mas barato, por lo que nuestro micrófono por ahora debe ser considerado un “concepto”, más que una prueba, concluye Spasenovic. «La industria está trabajando duro para mejorar la producción de grafeno y con el tiempo esto debería significar que tendremos mejores micrófonos a un menor costo.»
De cualquier manera, esta investigación muestra que es posible que el grafeno pueda ser utilizado en una nueva generación de micrófonos de alta sensibilidad, que recogerá muchos más detalles de lo que lo hacen los micrófonos regulares en la actualidad.
