(Invited) Graphene Oxide-Based Membranes: Viscoelastic Properties and Application to Broadband Microspeakers
Notice bibliographique
Résumé
Graphene and graphene derivatives have attracted attention as materials for acoustic transduction [1-3]. Graphene oxide (GO) membranes and borate cross-linked graphene oxide (X-GO) membranes combine high stiffness, low mass density, and high loss coefficient. We show [4] that these mechanical properties are ideal for efficient, broadband, electro-acoustic transduction, where the acoustic diaphragm should be light, stiff, and internally damped. We present a quantitative comparison of the figure of merit, ( E / ρ 3 ) 1/2 , where E is Young's modulus and ρ is the mass density, and the material performance index, tan δ ( E / ρ 3 ) 1/2 , where tan δ is the loss coefficient. GO and X-GO exhibit high figures of merit, comparable to that of wood and exceeding that of aluminum and thermoplastics. The material performance indices of GO and X-GO exceed that of wood, thermoplastics, and aluminum. The latter are common diaphragm materials in acoustic transducers. For acoustic applications, it is important to understand the frequency dependent viscoelastic response. The complex modulus G = G ' + i G '' of GO and X-GO membranes was measured by dynamic mechanical analysis and analyzed by the application of the time-temperature superposition (TTS) principle of polymer rheology. We find that X-GO shows a more than 30% increase in storage modulus G’ over the frequency range of 1 to 10 kHz, exceeding 55 GPa at 10 kHz. There is a reduction in loss coefficient tan δ = G''/G' for X-GO of ≈30% over the same frequency range, reaching tan δ = 0.04 at 10 kHz, which is approximately one order of magnitude larger than that of aluminum. A quantitative comparison of microspeaker performance was conducted at a fixed diaphragm mass m = 15-20 g and 14 mm x 8 mm size, including GO, X-GO, oak wood, polyethylene terephthalate (PET), aluminum, and titanium. Scanning laser measurements confirm pistonic operation of X-GO membranes. Microspeaker sound pressure level response was measured in both time and frequency domains. X-GO diaphragms exhibit 45% higher damping than aluminum membranes in microspeaker assemblies. Consequently, X-GO membranes enable the upshift of loudspeaker breakup frequency by 1/6 to 1/2 octave above speakers assembled with oak wood, PET, aluminum and titanium membranes. GO based materials are thus found to be an exceptional material for electro-acoustic transduction. References: [1] Q. Zhou, A. Zettl, Appl. Phys. Lett. 102, 223109 (2013). [2] A. U. Khan, G. Zeltzer, G. Speyer, Z. K. Croft, Y. Guo, H. Nagar, V. Artel, A. Levi, C. Stern, D. Naveh, G. Liu, Adv. Mat. 33, 2004053 (2021). [3] H. Tian, T.-L. Ren, D. Xie, Y.-F. Wang, C.-J. Zhou, T.-T. Feng, D. Fu, Y. Yang, P.-G. Peng, L.-G. Wang, L.-T. Liu, ACS Nano 5, 4878 (2011). [4] K. Hu, R.E.Gaskell, W. Cardenas, H. Wei, Y.-C. Huang, M. Cerruti, T. Szkopek, Adv. Func. Mat. 2107167 (2021). Figure 1
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».