柔性声学器件具有高柔韧性和大声输出面积的优势，能够附着在皮肤或衣物表面，在可穿戴电子设备领域展现出巨大潜力。然而，声学材料结构的设计及其功能应用仍然面临挑战。本文，西北工业大学翟薇 教授、王建元 教授等在《ACS Sens》期刊发表名为“Wearable Flexible Acoustic Alarm Device Based on MXene/Laser-Induced Graphene@Polyimide Thermoacoustic Film”的论文，研究通过激光直接写入技术，在聚酰亚胺（PI）薄膜上制备了多孔激光诱导石墨烯（LIG）微阵列层。随后，我们将少层MXene纳米片均匀涂覆于LIG表面，制备出具有单位面积低比热容、大层间距、优异电导率及高热导率的MXene/LIG@PI薄膜。同时，基于MXene/LIG@PI并采用柔性铜电极的声学器件表现出了优异的声学性能，声压级高达77.6 dB，且在频率从20.0 Hz到20.0 kHz的范围内保持了稳定的声谱。最后，设计了一种由压电模块和基于MXene/LIG@PI的声学模块组成的便携式声学报警装置，该装置可佩戴于人体服装的各个部位，在户外活动发生意外跌倒或物品掉落时提供可听见的报警提示。本研究为设计新型柔性声学材料和器件提供了一种创新方法。
图1. Conceptual illustration of the MXene/LIG@PI film-based acoustic device. (a) Schematic of the vocalization mechanism in human larynx structures. (b) Schematic of the MXene/LIG@PI fabrication process and optical photographs of the films in different states (scale bar: 1 cm). (c) The electronic acoustic principle and component units of the simulated human larynx.
综上所述，本文成功合成了具有超薄结构和卓越柔韧性的高品质 MXene/LIG@PI 薄膜，该材料专为热声转换应用而设计。与基于原始 MXene 或还原氧化石墨烯（rGO）的声学器件相比，基于 MXene/LIG@PI 薄膜的声学器件在各项关键性能指标上均表现出显著且稳定的优势。尤为关键的是，基于MXene/LIG@PI的声学器件在12.6 kHz频率下实现了高达77.6 dB的声压级（SPL）。此外，该器件还表现出卓越的声压级稳定性，即使在为期32天的严苛测试期间持续进行高频工作，其性能衰减也微乎其微。基于MXene/LIG@PI薄膜声学装置设计、集成压电模块的便携式声学报警装置，可在户外活动发生跌倒或坠落等意外时发出可听见的警报。该装置可便捷地佩戴于人体衣物多处，展现出卓越的灵活性、稳定性和可靠性，为声学可穿戴设备的应用展现出巨大潜力。
文献：https://doi.org/10.1021/acssensors.5c04723
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