종이처럼 얇고 구부릴 수 있는 스피커 개발 (동영상)

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-02-01 22:19:13
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- 종이 또는 호일에 전극으로서 전도성 유기 폴리머의 두 층으로 인쇄
- 사이에는 압전(piezoelectric) 층이 활성 요소로서 종이나 호일을 진동으로 설정
- 이 스피커 트랙은 무게가 150g에 불과, 양면에 컬러로 인쇄할 수 있는 90%의 일반 용지로 구성

두루마리 롤로 만든 서라운드 사운드 스피커
롤 인쇄용지로 얇고 유연한 스피커를 개발했다.

종이처럼 얇고 유연하며 소리가 난다.
연구원들이 신문처럼 두루마리에 인쇄할 수 있는 종이로 스피커를 개발했다.
이는 구부릴 수 있고 다양한 스피커를 생산할 수 있는 새로운 가능성을 열어준다.
예를 들어 새로운 유형의 서라운드 사운드 시스템이나 박물관 및 전시회에서 1미터 길이의 스피커 트랙에 적용할 수 있다. 인쇄된 전자 장치는 센서 시스템이나 산업용 애플리케이션에도 사용할 수 있다. 

▲ 정글 문양으로 인쇄된 이 종이 링은 롤에 전자 제품이 인쇄된 얇고 유연한 서라운드 스피커다. © Jacob Müller

요즘 기술개발의 추세는 점점 더 얇고 유연한 전자 장치를 향하고 있다.
이것은 유연한 디스플레이, 의류에 통합된 태양 전지 또는 피부에 착용하는 센서 뿐만 아니라 스피커에도 적용된다. 독일 켐니즈 공대(Chemnitz University of Technology)의 연구원 그룹은 몇 년 전에 종이처럼 얇은 스피커 개발했다. 그들은 종이에 인쇄된 초박형 전자 장치를 만들어 일반 책 페이지를 확성기로 바꿀 수 있다.

전자 제품은 책 페이지를 소리나게 한다.

종이 스피커의 경우 일반 종이 또는 호일에 전극으로 전도성 유기 폴리머의 두 층으로 인쇄된다. 그 사이에는 압전(piezoelectric) 층이 활성 요소로서 종이나 호일을 진동으로 설정한다.
공기의 이동으로 소리가 크고 선명하게 생성된다. 스피커 용지의 양면을 컬러로 인쇄할 수 있다.

"T-Book은 인쇄 전자 제품 개발의 이정표였지만 개발은 계속되고 있다"고 아르페드 휘블러(Arved Hübler)가 말했다. 그의 지휘하에 새로운 종이 스피커가 개발된 것이다.
T-Book의 스피커 페이지는 여전히 반자동 낱장 제작으로 제작되어야 했기 때문에 제작이 느리고 상대적으로 비효율적이었다.
▲ 종이에 거의 보이지 않게 임베디드된 인쇄 스피커는 강한 역광에서만 볼 수 있다. © 야콥 뮐러

대규모 롤 인쇄에 적합

최근 Hübler와 제1저자 게오르그 슈미트(Georg Schmidt) 주변의 팀은 종이 스피커를 다음 단계로 끌어 올렸다. 롤 프린팅을 사용해 비용 효율적인 대량 생산에서도 이 기술을 생산할 수 있는 방법을 찾았다. 전극과 압전 층은 캐리어 용지에 일종의 무한 테이프로 인쇄되고 보호를 위해 라미네이트로 덮었다.
▲ Fig.1 ; T‐PAPER의 R2R 제조 공정. a) R2R 인쇄 단계, 라미네이션 및 인라인 편광의 개략도. b) T-PAPER 장치 설정의 3D 스키마 및 횡단면보기 (셀당 활성 영역 60 × 100 mm2). c) R2R 인쇄기 LaborMAN 2, PEDOT : PSS 전극의 회전식 스크린 인쇄. d) LaborMAN 1에서 사전 인쇄된 2개의 T-PAPER 롤의 R2R 핫 라미네이션 및 e) LaborMAN 2에서 라미네이트 된 T-PAPER 롤의 HV 인라인 편광 f) 최종 260m T-PAPER 롤. (출처;관련논문 럏.1 Paper‐Embedded Roll‐to‐Roll Mass Printed Piezoelectric Transducers

Hübler는 “전자 제품은 종이에 내장되어 보이지 않고 보호될 수 있다”고 말한다. 초기 테스트에서 연구원들은 이미 스피커에 500미터 길이의 트랙을 인쇄했다. 실용적인 응용 프로그램으로 팀은 링 모양의 서라운드 스피커를 제작했다. “우리의 T-RING 프로토 타입에서 56개의 개별 스피커가 있는 4미터 길이의 트랙이 7개의 세그먼트에 연결되어 원형으로 형성됐다"고 Schmidt는 말했다.
▲ 그림4. a) 단일 T-PAPER 셀의 주파수 응답 (6 × 10cm2). b) 100m 길이의 T-PAPER 웹에 대한 4.9kHz에서 피크 SPL의 음향 인라인 측정 결과. c) 음향 인라인 측정 설정의 스키마. d) R2R 인쇄기에서 음향 인라인 측정 이미지. e) 56 개의 셀로 구성된 3.87m 길이의 T-PAPER 웹으로 구성된 360 ° 열대 우림 사운드 설치, 각각 병렬로 연결된 8개의 셀이있는 7개의 독립 스피커 세그먼트 / 채널에 연결된다 (삽입물은 채널 분포를 보여준다). f) 곡선형 모바일 부스와 결합된 360 ° 사운드 설치. (출처:관련 논문 Fig.4)

인쇄된 배선을 포함하는 이 스피커 트랙은 무게가 150g에 불과하며 양면에 컬러로 인쇄할 수 있는 90%의 일반 용지로 구성된다.

다양한 응용

연구원들에 따르면 저렴한 제조 방법과 미터 길이의 유연한 스피커 트랙을 생산할 수 있는 가능성은 다양한 응용 가능성을 제공한다.
"예를 들어, 박물관, 무역 박람회 및 광고 산업에서 이제 저렴한 인포테인먼트 솔루션이 가능하다"고 Schmidt는 설명했다.


“예를 들어 공공건물에서는 복도와 같은 긴 구간에 대해 매우 균일한 사운드 시스템이 가능하다. 프로세스 기술 자체는 다른 분야에서도 흥미로울 수 있다. 예를 들어 인더스트리 4.0을 위한 인라인 측정 시스템을 생산하는 것이다”고 과학자는 말했다.
(Advanced Materials, 2021; doi : 10.1002 / adma.202006437)

[더사이언스플러스=문광주 기자] "no science, no future"

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