随着人工智能技术的飞速发展，高灵敏度、多维度的环境感知能力已成为智能系统实现类人认知的基础。声学感知作为信息获取的重要方式，已在语音识别、环境监测、人机交互和智能传感等领域得到广泛应用。开发具有超高灵敏度和信噪比的声学传感器，对于推动下一代智能系统的发展具有重要意义。近日，6163银河线路检测中心王恩哥院士、刘开辉教授、刘畅特聘副研究员与合作者，开发出一种压力辅助两步转移方法，成功制备出悬空直径8厘米、直径-厚度比达10⁶的大尺寸自支撑还原氧化石墨烯薄膜，并实现了具有超高灵敏度和信噪比的压力传感器和声学麦克风。

声学器件的核心性能通常由自支撑薄膜的响应灵敏度决定，即将声波引起的机械振动或压力波动转换为可读取光与电信号的能力。理论上，提高声学器件自支撑薄膜结构的直径-厚度比，能够显著增强声学传感的响应灵敏度、信噪比和工作带宽。然而，传统三维体材料（如金属、聚合物及硅基材料等）在厚度降至纳米尺度时，其机械强度和断裂强度急剧下降，自支撑直径-厚度比严重受限。二维材料具有原子级厚度和优异的力学性能，是实现高性能声学传感的理想材料体系。受限于现有制备方法，大尺寸自支撑二维材料薄膜在悬空过程中，极易引入裂纹、孔洞、褶皱及随机应力等缺陷，制约了声学器件性能的进一步提升。

研究团队创新提出一种大尺寸自支撑薄膜制备策略并实现具有超高灵敏度声学传感器件。通过无需牺牲层的“压力辅助两步转移”方法，结合薄膜内应力精确调控，实现了大尺寸自支撑还原氧化石墨烯薄膜的可控制备，自支撑薄膜最大直径达8厘米，厚度仅80纳米，直径-厚度比高达10⁶。在器件性能方面，大尺寸自支撑薄膜具有高达500 μm/Pa的静态压力响应度，高出传统硅基材料4个量级以上；所制备的声学麦克风器件具有极宽的响应带宽（100 Hz–50 kHz），在1 kHz频率下的动态信噪比高达115 dB，处于国际领先水平；同时在远场语音识别测试中，表现出优于商用MEMS麦克风的识别准确率，在15米距离上仍保持60%以上的准确率。

基于大尺寸自支撑二维材料薄膜的高灵敏声学器件，突破了传统声学器件的性能极限，为高端音频设备、智能人机交互与声学预警监测等多元感知系统提供了全新的材料体系与设计路径。

图1. 大尺寸自支撑石墨烯薄膜及高灵敏声学传感器件性能

2026年5月6日，该项研究成果以“大尺寸自支撑还原氧化石墨烯薄膜高灵敏麦克风”（Highly sensitive microphones based on large freestanding reduced graphene oxide membranes）为题，发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

6163银河线路检测中心2021级博士生赵灌中、浙江钱塘高等研究院郑跃滨博士、6163银河线路检测中心特聘副研究员刘畅、上海映芯谐振机电科技有限公司周勤博士、华南师范大学6163银河线路检测中心2024级博士生马余华为论文共同第一作者；刘开辉、刘科海、王恩哥及刘畅为论文共同通讯作者。

论文原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-72771-4