Graphen-Mikrofon: bis in den Ultraschall-Bereich

Forscher der Universität Belgrad, Serbien, haben im Labor ein neues Konzept für hochempfindliche Mikrofone getestet. Es handelt sich hierbei um ein Kondensator-Mikrofon mit vibrierender Membran aus 60 Graphen-Schichten. Tests ergaben, dass Graphen-Mikrofone 32 mal empfindlicher als herkömmliche Nickel-Mikrofone sind und sogar Frequenzen bis in den Ultraschall-Bereich aufnehmen könnten.

Die Forscher haben jede Graphen-Schicht mittels chemischer Dampfabsetzung auf einer Nickel-Folie hergestellt – eine sehr typische, aber noch sehr teure Methode in der Herstellung von Graphen. Nachdem eine Schicht erstellt wurde, wurde die Nickel-Folie entfernt und die atom-dünne Graphen-Schicht als Membran in das Gehäuse eines konventionellen Mikrofons verbaut.

“Aufgrund seines sehr leichten Gewichts, hochmechanischer Fertigkeit und Flexibilität eignet sich Graphen hervorragend als Material für akustische Membanen!” – so Marko Spasenović, Physikprofessor und Autor des Papers Multilayer graphene condenser microphone, das im Magazin 2D Materials veröffentlicht wurde.

Aufnahme von Ultraschall
In der Version mit 60 Schichten wies das Mikrofon eine Sensitivität von ca. 15 dB mehr im Vergleich zu bisherigen Mikrofonen und eine Bandbreite von bis zu 11 kHz auf. Bei einer Simulation mit 300 Graphen-Schichten kam das überaus interessante Ergebnis, dass das Mikrofon das Potential hätte, sogar Frequenzen bis in den Ultraschall-Bereich aufzuzeichnen – da wären wir im Bereich von 1 MHz, also 1.000 kHz! (Zur Erinnerung: der Mensch kann Frequenzen bis ungefähr 20 kHz wahrnehmen.) Mit einem Frequenzgang bis 1 MHz könnte und soll das Mikrofon dann unter anderem auch in der Fledermaus-Forschung eingesetzt werden.

“Je dicker die Graphen-Membran, desto weiter könne sie gedehnt werden, was eine Ultraschall Performance ermöglichen würde. Allerdings sind wir mit unseren Experimenten noch nicht so weit”, fügt Spasenović hinzu.

Besser, aber noch zu teuer
Das Hauptproblem ist der Kostenpunkt bei der Herstellung großer Mengen von Graphen. Die Forscher aus Belgrad gehen aber davon aus, dass das Problem in Zukunft gelöst werden könne, sodass eine Produktion von ultrasensitiven Graphen-Mikrofonen zu einem angemessenen Preis beginnen kann.

Wir bleiben gespannt! Graphen-Mikrofone könnten dann vor allem interessant für die Aufnahme extrem leiser Geräusche sein, aber auch bei der Erforschung spektraler Gegebenheiten weitaus über der menschlichen Hörschwelle.

In der aktuellen Ausgabe von Sound&Recording 12/2015 gibt es übrigens ein Praxis-Special zum Thema Field-Recording – die Jagd nach neuen Sounds!