Troy Bouman sträcker sig över, trycker på play, och högtalaren som sitter på skrivbordet börjar spela universitetskampsången. Men det här är ingen vanlig högtalare. Det här är en kolnanorörsgivare - och den gör ljud med värme.

Bouman och Mahsa Asgarisabet, båda doktorander vid Michigan Technological University, vann nyligen en Best of Show Award på SAE Internationals Noise and Vibration Conference and Exhibition 2015 för sin akustiska forskning om kolnanorörshögtalare. De arbetar med Andrew Barnard, en biträdande professor i maskinteknik vid Michigan Tech, att reta ut den grundläggande fysiken hos dessa ovanliga högtalare.

Medan den fortfarande är en ny teknik, de potentiella tillämpningarna är nästan oändliga. Allt från avisning av helikopterblad till att göra lättare högtalare till att dubbla som bilhögtalare och värmefilament för defrostare på bakrutan.

Hur kolnanorör gör ljud

Själva den fristående högtalaren är ganska ödmjuk. Faktiskt, det är lite tunt. En teflonbas stöttar upp två kopparstänger, och vad som verkar som ett genomskinligt svart tyg sträcker sig mellan dem.

"En liten vindpust över dem, och de skulle bara blåsa bort, " säger Barnard. "Men du kan skaka dem så mycket du vill - eftersom de har så låg massa, det finns praktiskt taget ingen tröghet."

Materialet är starkt sida vid sida, eftersom det blotta ögat inte kan se är samlingen av svarta nanorör som utgör den tunna filmen.

Nanorören är halmliknande strukturer med väggar som endast är en kolatom tjocka och de kan värmas upp och kylas ner upp till 100, 000 gånger varje sekund. Som jämförelse, en platinaplåt som är cirka 700 nanometer tjock kan bara värmas upp och kylas ner cirka 16 gånger per sekund. Uppvärmningen och kylningen av kolnanorören får den intilliggande luften att expandera och dra ihop sig. Det driver runt luftmolekyler och skapar ljudvågor.

"Traditionella högtalare använder en rörlig spole, och det är så de skapar ljudvågor, Bouman säger. "Det finns en helt annan fysik bakom kolnanorörshögtalare."

Och på grund av dessa skillnader, de nästan viktlösa nanorörshögtalarna i kol producerar ljud på ett sätt som först inte förstås av våra öron. Boumans forskning fokuserar på att bearbeta ljudvågorna för att göra dem mer begripliga.

Akustik

Hittills, mest forskning om kolnanorör har varit på materialsidan. Kolnanorörshögtalare upptäcktes av misstag 2008, visar att idén var genomförbar. Som maskiningenjörer som studerar akustik, Barnard, Bouman och Asgarisabet förfinar tekniken.

"De är väldigt lätta och har inga rörliga delar, " Asgarisabet säger, vilket är idealiskt för hennes arbete med aktiv bruskontroll, där kolnanorörsfilmerna kunde ta bort motorljud i flygplan eller vägbuller i bilar. Men först, hon säger, "Jag vill fokusera först på att få en bra termisk modell av högtalarna."

Att ha en exakt modell, Bouman tillägger, är en återspegling av förståelsen av själva kolnanorörshögtalarna. Modellarbetet som han och Asgarisabet gör lägger grunden för att bygga upp nya applikationer för tekniken.

Medan det återstår mycket forskning om att reda ut den underliggande fysiken hos kolnanorörshögtalare, att kunna använda både värme- och ljudegenskaperna gör dem mångsidiga. Tunnheten och tyngdlösheten är också tilltalande.

"De är i grunden anpassningsbara högtalare, " säger Barnard. Den tunna filmen kan draperas över instrumentbrädorna, fönster, väggar, sittplatser och kanske till och med kläder. För att få högtalarna till den punkten, Barnard och hans elever kommer att fortsätta att förfina teknikens effektivitet och robusthet, en tunnfilm av kolnanorör åt gången.