热声扬声器领域的最新进展聚焦于自由曲面、贴合式音频系统，这类系统能够实现贴合集成、空间声音控制，并在二维与三维几何结构间无缝转换。然而，其实际应用仍受限于低声压级（SPL）和机械适应性差的问题，主要原因在于散热不足和结构刚性欠佳。本文，韩国化学技术研究院Ki-Seok An、Saewon Kang等在《ADVANCED SCIENCEM》期刊发表名为“Laser-Architected Shape-Configurable Vertical Graphene Thermoacoustic Loudspeakers for 3D Acoustic Emission”的论文，研究报道了一种基于垂直取向氧化石墨烯（VrGO）的高性能可变形TA扬声器，其制备采用连续波（CW）CO₂激光还原与脉冲激光图案化相结合的双激光工艺。
连续波激光诱导垂直微结构化与石墨化，增强热传导并降低单位面积热容量；脉冲激光则实现精密切割，可形成剪纸几何结构及三维棱柱等复杂形态。该VrGO扬声器展现出卓越的声压级（10kHz时达85dB）、优异的散热性能及高韧性，在500%应变下仍保持75%以上声压级，并经受1000次循环测试仍保持稳定输出。图案化VrGO结构实现全向声发射、贴合式安装及二维-三维形态转换。值得注意的是，即使增厚的VrGO薄膜仍能保持强劲声学性能，超越传统TA设备。这种可扩展、材料高效的策略为新一代可穿戴音频设备、交互电子产品及贴合式人机界面提供了可调指向性、适应性和多功能性。
图1、Fabrication, morphology, and structural features of patterned VrGO films using dual-laser patterning. (a) Schematic illustration of the dual-laser processing strategy for fabricating patterned VrGO TA loudspeakers and their working mechanism. (b,c) SEM images of CO2-laser and pulsed-laser-irradiated GO films (scale bar: 500 µm). (d) SEM image showing vertically aligned rGO sheets in the VrGO structure (scale bar: 10 µm). (e) 100% stretched kirigami and (f) 3D-structured VrGO films fabricated via pulsed laser-based patterning.
在本研究中，作者展示了一种基于VrGO薄膜制备高性能、可变形TA扬声器的简便且可扩展策略。通过整合连续波CO₂激光照射与脉冲激光图案化技术，我们采用双激光加工方法，在简易工艺中同时实现了局部减薄、垂直微结构化及几何可编程性。经CO₂激光照射获得的VrGO薄膜呈现分级三维石墨结构，兼具高效散热与机械强度特性。相较于传统PrGO薄膜，基于VrGO的TA扬声器在宽频段内展现出显著更高的声压级，且即使在薄膜增厚时仍能保持相对稳定的声学性能。此外，通过精细脉冲激光切割技术，在限定的图案密度范围内成功制备了多种图案化VrGO热声扬声器，在保持稳定机械完整性的同时，有效维持热电传输性能，确保了强健的声学表现。基于剪纸工程学的VrGO架构实现了可拉伸扬声器，在高达500%的极端应变下仍保持声压级，并经受住反复机械循环的耐久性考验。同时实现了多种结构设计，如负弹性、六边形及矩形棱柱图案，拓展了VrGO薄膜的功能性——既能贴合曲面，又能通过三维变形实现全向声音生成。这些激光加工的剪纸结构呈现均匀表面加热与分布良好的声压级，彰显VrGO作为新一代可穿戴及形状自适应声学设备多功能平台的潜力。通过探索多样化的剪纸几何结构与配置方案，将进一步提升声学性能与设备适应性。
文献：https://doi.org/10.1002/advs.202522911
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