بررسی اثر ترموآکوستیکی فیلم‌های نازک گرافن اکسید تولید شده به روش فیلتراسیون خلاء بر روی غشاء پلی ونیلیدین فلوراید

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 بخش مهندسی شیمی، دانشگاه شیراز

چکیده

در این پژوهش اثر ترموآکوستیک فیلم‌های نازک اکسید گرافن که به روش فیلتراسیون خلاء بر روی غشاءهای متخلخل پلی ونیلیدین فلوراید (PVDF) تهیه شده‌اند، مورد مطالعه قرار گرفته است. به این منظور پس از آماده سازی، نمونه‌ها الکترود گذاری شدند و امپدانس الکتریکی آن‌ها اندازه‌گیری شد. صرف نظر از افت و خیزهای بسیار اندک تمام نمونه‌ها امپدانس مقاومتی خالص از خود نشان دادند. در ادامه سطح فشار آکوستیکی تولید شده توسط نمونه‌ها در اثر اعمال سیگنال الکتریکی متناوب به نمونه‌ها در بازه‌ی فرکانسی 150Hz تا 20kHz اندازه‌گیری شد. نتایج بیانگر آن است که با افزایش دامنه‌ی ولتاژ سیگنال ورودی، سطح فشار آکوستیکی حاصل از نمونه‌ها در بازه‌ی فرکانسی مورد آزمایش تقریبا به طور پیوسته افزایش می‌یابد. آنچنان که انتظار می‌رود در اثر پدیده‌ی ترموآکوستیک فرکانس سیگنال‌های آکوستیکی تولید شده دو برابر سیگنال تحریک الکتریکی می‌باشد. همچنین با توجه به ضخامت یکسان لایه‌ها سطح فشار آکوستیکی نمونه‌ها با کاهش مقاومت لایه‌ها و افزایش ولتاژ تحریک افزایش می‌یابد. مطالعه‌ی طیف فشار آکوستیکی همچنین بیانگر آن است که به ازای یک فرکانس تحریک الکتریکی ثابت طیف تابشی دارای دو بیشینه یکی در فرکانس برابر فرکانس تحریک و دیگری در فرکانس دوبرابر آن می‌باشد. این پدیده برای اولین بار است که گزارش می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of the thermoacoustics effect of Graphene thin film synthesized by vacuum filtration on Polyvinylidene fluoride membrane

نویسندگان [English]

  • Mohaammadreza kazerani Vahdani 1
  • Arman Farahmand 2
1 Malek Ashtar University of Technology
2 The Petroleum and Chemical Engineering Department, shiraz university
چکیده [English]

In this paper the thermos-acoustic properties of graphene oxide thin film samples synthesized using the vacuum filtration method on the porous Polyvinylidene fluoride membranes have been investigated experimentally. To this end the electric impedance of the samples measured after mounting proper electrodes. In spite of minor fluctuation, the measured impedances are constant and pure resistive. In the following by applying AC voltage in the frequency range 150Hz-20kHz, the radiated sound pressure level of the samples have been measured using the sound level meter. The results indicate that the frequency of the radiated sound waves is twice the frequency of the exciting voltage, as expected in the thermos-acoustic effects. In addition it is found that the radiated sound pressure level of the samples increase monotonically by frequency and the exciting electric voltage and decreases by the resistance of the samples. Investigation of the sound pressure as function of the frequency represents an additional peak in the frequency of applied voltage.

کلیدواژه‌ها [English]

  • thermoacoustic effect
  • Graphene
  • Thin film
[1] Arnold HD, Crandall IB. The thermophone as a precision source of sound. Physical review. 1917 Jul 1;10(1):22.
[2] Xiao L, Chen Z, Feng C, Liu L, Bai ZQ, Wang Y, Qian L, et al. Flexible, stretchable, transparent carbon nanotube thin film loudspeakers. Nano letters. 2008 Dec 10;8(12):4539-45.
[3] Dutta R, Albee B, van der Veer WE, Harville T, Donovan KC, Papamoschou D, et al. Gold nanowire thermophones, The Journal of Physical Chemistry C, 2014 Dec 18;118(50):29101-7.
[4] Kang S, Cho S, Shanker R, Lee H, Park J, Um DS, et al. Transparent and conductive nanomembranes with orthogonal silver nanowire arrays for skin-attachable loudspeakers and microphones. Science advances; 2018 Aug 1;4(8): 8772.
[5] Bobinger M, La Torraca P, Mock J, Becherer M, Cattani L, Angeli D, et al. Solution-processing of copper nanowires for transparent heaters and thermo-acoustic loudspeakers. IEEE Transactions on Nanotechnology. 2018 Apr 24;17:(5):940-7.
[6] Wang YD, Hu HP, Wang DD. Generalized Theory of Thermo-Acoustic Emission from Nanocrystalline Porous Silicon.  Applied Mechanics and Materials. 2014;(472):734-38.
 [7] Tian H, Xie D, Yang Y, Ren TL, Wang YF, Zhou CJ, et al. Transparent, flexible, ultrathin sound source devices using indium tin oxide films. Applied Physics Letters. 2011 Jul 25;99(4):043503.
[8] Tian H, Li C, Mohammad MA, Cui YL, Mi WT, Yang Y, et al. Graphene earphones: Entertainment for both humans and animals. ACS nano. 2014 Jun 24;8(6):5883-90.
[9] Marcano DC, Kosynkin DV, Berlin JM, Sinitskii A, Sun Z, Slesarev A, Alemany LB, et al. Improved synthesis of graphene oxide. ACS nano. 2010 Aug 24;4(8):4806-14.
[10] Pei S, Zhao J, Du J, Ren W, Cheng HM. Direct reduction of graphene oxide films into highly conductive and flexible graphene films by hydrohalic acids. Carbon. 2010 Dec 1;48(15):4466-74.