專利名稱：發(fā)聲裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)聲裝置，尤其涉及一種基于碳納米管的發(fā)聲裝置。
背景技術：
發(fā)聲裝置一般由信號輸入裝置和發(fā)聲元件組成。通過信號輸入裝置輸入 電信號給發(fā)聲元件，進而發(fā)出聲音。現(xiàn)有技術中的發(fā)聲元件一般為一揚聲器。 該揚聲器為一種把電信號轉(zhuǎn)換成聲音信號的電聲器件。具體地，揚聲器可將 一定范圍內(nèi)的音頻電功率信號通過換能方式轉(zhuǎn)變?yōu)槭д嫘〔⒕哂凶銐蚵晧杭?的可聽聲音。
現(xiàn)有的揚聲器的種類很多，根據(jù)其工作原理，分為電動式揚聲器、電 磁式揚聲器、靜電式揚聲器及壓電式揚聲器。雖然它們的工作方式不同，但 一般均為通過產(chǎn)生機械振動推動周圍的空氣，使空氣介質(zhì)產(chǎn)生波動從而實現(xiàn) "電_力_聲"之轉(zhuǎn)換。其中，電動式揚聲器的應用最為廣泛。
請參閱圖l,現(xiàn)有的電動式揚聲器100通常由三部分組成音圏102、 -茲 鐵104以及振膜106。音圈102通常采用通電導體，當音圈102中輸入一個音頻 電流信號時，音圏102相當于一個載流導體。由于放在所述-茲鐵104產(chǎn)生的磁 場里，根據(jù)載流導體在磁場中會受到洛侖茲力，音圈102會受到一個大小與音 頻電流成正比、方向隨音頻電流的方向變4匕而變^f匕的力。因此，音圈102就會 在所述》茲鐵104產(chǎn)生的石茲場作用下產(chǎn)生振動，并帶動振膜106振動，振膜106 前后的空氣亦隨之振動，將電信號轉(zhuǎn)換成聲波向四周輻射。然而，該電動式 揚聲器100的結(jié)構(gòu)較為復雜，且其必須在有磁的條件下工作。
自九十年代初以來，以石友納米管(請參見Helical microtubules of graphitic carbon, Nature, Sumio Iijima， vol 354, p56(1991))為代表的納米材料以其獨特 的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)引起了人們極大的關注。近幾年來，隨著碳納米管及納米材料 研究的不斷深入，其廣闊的應用前景不斷顯現(xiàn)出來。例如，由于碳納米管所 具有的獨特的電磁學、光學、力學、化學等性能，大量有關其在場發(fā)射電子 源、傳感器、新型光學材料、軟鐵磁材料等領域的應用研究不斷被報道。然而，現(xiàn)有技術中卻尚未發(fā)現(xiàn)碳納米管用于聲學領域。
因此，確有必要提供一種發(fā)聲裝置，該發(fā)聲裝置結(jié)構(gòu)簡單，可在無磁的 條件下工作。

發(fā)明內(nèi)容
一種發(fā)聲裝置，其包括 一信號輸入裝置；以及一發(fā)聲元件，該發(fā)聲元 件與所述信號輸入裝置的兩端電連接；其中，所述發(fā)聲元件為一碳納米管薄 膜，該碳納米管薄膜包括多個相互纏繞的碳納米管，所述信號輸入裝置輸入 電信號給該碳納米管薄膜，使該碳納米管薄膜加熱周圍氣體介質(zhì)發(fā)出聲波。
與現(xiàn)有技術相比較，所述發(fā)聲裝置具有以下優(yōu)點其一，由于所述發(fā)聲 裝置中的發(fā)聲元件僅包括碳納米管薄膜，無需磁鐵等其它復雜結(jié)構(gòu)，故該發(fā) 聲裝置的結(jié)構(gòu)較為簡單，有利于降低該發(fā)聲裝置的成本。其二，該發(fā)聲裝置 利用輸入信號造成該發(fā)聲元件溫度變化，從而使其周圍氣體介質(zhì)迅速膨脹和 收縮，進而發(fā)出聲波，無需振膜，且該發(fā)聲元件組成的發(fā)聲裝置可在無磁的 條件下工作。其三，由于碳納米管薄膜具有較小的熱容和大的比表面積，且 碳納米管薄膜中的碳納米管相互相互纏繞、均勻分布，在輸入信號后，根據(jù) 信號強度(如電流強度)的變化，由至少一層碳納米管薄膜組成的發(fā)聲元件 可均勻地加熱周圍的氣體介質(zhì)、迅速升降溫、產(chǎn)生周期性的溫度變化，并和 周圍氣體介質(zhì)進行快速熱交換，使周圍氣體介質(zhì)迅速膨脹和收縮，發(fā)出人耳 可感知的聲音，且所發(fā)出的聲音的頻率范圍較寬(1Hz 100kHz)、發(fā)聲效果 較好。另外，當所述發(fā)聲元件厚度比較小時，例如小于IO微米，該發(fā)聲元 件具有較高的透明度，故所形成的發(fā)聲裝置為透明發(fā)聲裝置，可以直接安裝 在各種顯示裝置、手機顯示屏的顯示表面或油畫等的表面作為節(jié)省空間的透 明發(fā)聲裝置。其四，由于碳納米管具有較好的機械強度和韌性，故由相互纏 繞的碳納米管組成的碳納米管薄膜具有較好的機械強度和韌性、耐用性較好 且具有較好的自支撐效果，從而有利于制備由碳納米管薄膜組成的各種形 狀、尺寸的發(fā)聲裝置，進而方便地應用于各種領域。


圖1是現(xiàn)有技術中揚聲器的結(jié)構(gòu)示意圖。
5圖2是本技術方案第一實施例發(fā)聲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本技術方案第一實施例發(fā)聲裝置中碳納米管薄膜的掃描電鏡照片。
圖4是本技術方案第二實施例發(fā)聲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
以下將結(jié)合附圖詳細說明本技術方案實施例的發(fā)聲裝置。 請參閱圖2，本技術方案第一實施例提供一種發(fā)聲裝置10,該發(fā)聲裝置 10包括一信號輸入裝置12, —發(fā)聲元件14， 一第一電極142以及一第二電 極144。所述第一電極142和第二電極144間隔設置，且與所述信號輸入裝 置12電連接。所述第一電極142和第二電極144可起到支撐所述發(fā)聲元件 14的作用。另外，所述第一電極142和第二電極144通過外接導線149與所 述信號輸入裝置12的兩端電連接，用于將所述信號輸入裝置12中的信號輸
入到所述發(fā)聲元件14中。
所述發(fā)聲元件14包括一碳納米管薄膜。該碳納米管薄膜為一具有自支 撐結(jié)構(gòu)的碳納米管薄膜。該碳納米管薄膜包括多個相互纏繞的碳納米管，其 掃描電鏡照片請參見圖3。所述碳納米管薄膜中，碳納米管為各向同性，均 勻分布，無規(guī)則排列。所述碳納米管的長度大于10微米。所述碳納米管之 間通過范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡狀結(jié)構(gòu)，進而形成大量的微孔。 該^UL的孔徑小于10孩i米。大量農(nóng)i孔的存在可確保所述發(fā)聲元件14具有專交 大的比表面積。所述碳納米管可為單壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳納 米管中的一種或多種。所述單壁^^納米管的直徑為0.5納米 50納米，所述 雙壁^f友納米管的直徑為1.0納米~50納米，所述多壁石友納米管的直徑為1.5 納米 50納米。所述碳納米管薄膜的長度及寬度不限，可根據(jù)實際需求制備。 所述碳納米管薄膜的厚度為0.5納米 1毫米。本技術方案實施例中，所述碳 納米管薄膜的長度為3厘米，寬度為3厘米，厚度為50納米。另外，由于 碳納米管相互纏繞，因此所述碳納米管薄膜具有很好的韌性，可以彎曲折疊 成任意形狀而不破裂。本技術方案實施例中的碳納米管薄膜為一平面結(jié)構(gòu)。 當由該碳納米管薄膜組成的發(fā)聲元件14的厚度比較小時，例如小于IO微米， 該發(fā)聲元件14具有較高的透明度，故采用該發(fā)聲元件14的發(fā)聲裝置10為透明發(fā)聲裝置10，可以直接安裝在各種顯示裝置、手機顯示屏的顯示表面或
油畫的表面作為節(jié)省空間的透明發(fā)聲裝置10。
所述第一電極142和第二電極144由導電材料形成，其具體形狀結(jié)構(gòu)不 限。具體地，所述第一電極142和第二電極144可選擇為層狀、棒狀、塊狀 或其它形狀。所述第一電極142和第二電極144的材料可選擇為金屬、導電 膠、金屬性碳納米管、銦錫氧化物(ITO)等。所述第一電極142和第二電 極144用于實現(xiàn)所述信號輸入裝置12與所述發(fā)聲元件14之間的電連接。進 一步地，所述第一電極142和第二電極144可起到支撐所述發(fā)聲元件14的 作用。所述發(fā)聲元件14分別與所述第一電極142和第二電極144電連接， 并通過所述第一電極142和第二電極144固定。由于所述發(fā)聲元件14為自 支撐，所述第一電極142和第二電極144也可間隔設置固定在所述發(fā)聲元件 14兩端或表面。本技術方案實施例中，所述第一電極142和第二電極144 為棒狀金屬電極，所述第一電極142和第二電極144間隔設置固定在所述發(fā) 聲元件14兩端。由于所述第一電極142和第二電極144間隔設置，所述發(fā) 聲元件14應用于發(fā)聲裝置10時能接入一定的阻值避免短路現(xiàn)象產(chǎn)生。由于 碳納米管具有極大的比表面積，在范德華力的作用下，該碳納米管薄膜本身 有很好的粘附性，故采用該至少一層碳納米管薄膜作發(fā)聲元件14時，所述 第一電極142和第二電極144與所述發(fā)聲元件14之間可以直接粘附固定， 并形成很好的電接觸。
進一步地，所述第一電極142和第二電極144與所述發(fā)聲元件14之間 還可以進一步包括一導電粘結(jié)層(圖未示)。所述導電粘結(jié)層可設置于所述發(fā) 聲元件14的表面。所述導電粘結(jié)層在實現(xiàn)第一電極142和第二電極144與 所述發(fā)聲元件14電接觸的同時，還可以使所述第一電極142和第二電極144 與所述發(fā)聲元件14更好地固定。本實施例中，所述導電粘結(jié)層為一層銀膠。
可以理解，當所述發(fā)聲元件具有自支撐性能時，所述第一電極142與第 二電極144為可選擇的結(jié)構(gòu)。所述信號輸入裝置12可直接通過導線或電極 引線等方式與所述發(fā)聲元件14電連接。另外，任何可實現(xiàn)所述信號輸入裝 置12與所述發(fā)聲元件14之間電連接的方式都在本技術方案的保護范圍之 內(nèi)。
當所述發(fā)聲元件為自支撐結(jié)構(gòu)時，所述第一電極142至第二電極144為可選擇的結(jié)構(gòu)。任何可實現(xiàn)所述信號輸入裝置12與所述發(fā)聲元件14之間電 連接的方式都在本技術方案的保護范圍之內(nèi)。
所述信號輸入裝置12輸入的信號包括交流電信號或音頻電信號等。所 述信號輸入裝置12通過導線149與所述第一電極142和第二電極144電連 接，并通過所述第一電極142和第二電極144將信號輸入到所述發(fā)聲元件14 中。
上述發(fā)聲裝置IO在使用時，由于碳納米管薄膜具有較小的熱容和大的 比表面積，且碳納米管薄膜中的碳納米管相互纏繞、均勻分布，在輸入信號 后，根據(jù)信號強度(如電流強度)的變化，由至少一層碳納米管薄膜組成的 發(fā)聲元件14可均勻地加熱周圍的氣體介質(zhì)、迅速升降溫、產(chǎn)生周期性的溫 度變化，并和周圍氣體介質(zhì)進行快速熱交換，使周圍氣體介質(zhì)迅速膨脹和收 縮，發(fā)出人耳可感知的聲音，且所發(fā)出的聲音的頻率范圍較寬。本技術方案 實施例提供的發(fā)聲裝置10的發(fā)聲頻率范圍為1赫茲至10萬赫茲(即 1Hz 100kHz)。故本技術方案實施例中，所述發(fā)聲元件14的發(fā)聲原理為"電 -熱-聲"的轉(zhuǎn)換，具有廣泛的應用范圍。另外，由于本技術方案實施例中的碳 納米管薄膜由多個相互纏繞的碳納米管組成，故該碳納米管薄膜具有較好的 韌性和機械強度，所述碳納米管薄膜可方便地制成各種形狀和尺寸的發(fā)聲裝 置，該發(fā)聲裝置可方便地應用于各種可發(fā)聲的裝置中，如音響、手機、MP3、 MP4、電視、計算機等電子領域及其它發(fā)聲裝置中。
請參閱圖4，本技術方案第二實施例提供一種發(fā)聲裝置20,該發(fā)聲裝置 20包括一信號輸入裝置22、 一發(fā)聲元件24、 一第一電極242、 一第二電極 244、 一第三電極246以及一第四電極248。
本技術方案第二實施例中的發(fā)聲裝置20與第一實施例中的發(fā)聲裝置10 的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于，本技術方案第二實施例中的發(fā)聲裝置20包括四 個電極，即第一電極242、第二電極244、第三電極246和第四電極248。所 述第一電極242、第二電極244、第三電極246和第四電極248均為棒狀金屬 電極，且空間平行間隔設置。所述發(fā)聲元件24環(huán)繞所述第一電極242、第二 電極244、第三電極246和第四電極248設置并與所述第一電極242、第二電 極244、第三電極246和第四電極248分別電連接，形成一環(huán)形發(fā)聲元件24。 任意兩個相鄰的電極均分別與所述信號輸入裝置22的兩端電連接，以使位于相鄰電極之間的發(fā)聲元件24接入輸入信號。具體地，先將不相鄰的兩個電極 用導線249連接后與所述信號輸入裝置22的一端電連接，剩下的兩個電極用 導線249連接后與所述信號輸入裝置22的另一端電連接。本技術方案實施例 中，可先將所述第一電極242和第三電極246用導線249連接后與所述信號 輸入裝置22的一端電連接，再將所述第二電極244和第四電極248用導線 249連接后與所述信號輸入裝置22的另一端電連接。上述連接方式可實現(xiàn)相 鄰電極之間的發(fā)聲元件24的并聯(lián)。并聯(lián)后的發(fā)聲元件24具有較小的電阻， 可降低工作電壓。且，上述連接方式可使所述發(fā)聲元件24具有較大的輻射面 積，且發(fā)聲強度得到增強，可實現(xiàn)環(huán)繞發(fā)聲效果。另外，當所述發(fā)聲元件24 的面積較大時，所述第三電極246和第四電極248也可進一步起到支撐所述 發(fā)聲元件24的作用。
可以理解，所述第一電極242、第二電極244、第三電極246和第四電極 248也可與所述發(fā)聲元件24設置在同 一平面內(nèi)。所述i殳置在同 一平面內(nèi)的各 電才及的連4妄方式與上述電才及的連4妄方式相同或相似。
可以理解，本技術方案可設置多個電極，其數(shù)量不限，只需確保任意兩 個相鄰的電極均分別與所述信號輸入裝置22的兩端電連接即可。
與現(xiàn)有技術相比較，本技術方案實施例提供的發(fā)聲裝置具有以下優(yōu)點 其一，由于所述發(fā)聲裝置中的發(fā)聲元件僅包括碳納米管薄膜，無需磁鐵等其 它復雜結(jié)構(gòu)，故該發(fā)聲裝置的結(jié)構(gòu)較為筒單，有利于降低該發(fā)聲裝置的成本。 其二，該發(fā)聲裝置利用輸入信號造成該發(fā)聲元件溫度變化，從而使其周圍氣 體介質(zhì)迅速膨脹和收縮，進而發(fā)出聲波，無需振膜，且故該發(fā)聲元件組成的 發(fā)聲裝置可在無磁的條件下工作。其三，由于碳納米管薄膜具有較小的熱容 和大的比表面積，且碳納米管薄膜中的碳納米管相互相互纏繞、均勻分布， 在輸入信號后，根據(jù)信號強度(如電流強度)的變化，由至少一層碳納米管 薄膜組成的發(fā)聲元件可均勻地加熱周圍的氣體介質(zhì)、迅速升降溫、產(chǎn)生周期 性的溫度變化，并和周圍氣體介質(zhì)進行快速熱交換，使周圍氣體介質(zhì)迅速膨 脹和收縮，發(fā)出人耳可感知的聲音，且所發(fā)出的聲音的頻率范圍較寬(1Hz 100kHz)、發(fā)聲效果較好。另外，當該發(fā)聲元件厚度比較小時，例如小于IO 微米，該發(fā)聲元件具有較高的透明度，故所形成的發(fā)聲裝置為透明發(fā)聲裝置， 可以直接安裝在各種顯示裝置、手機顯示屏的顯示表面或油畫等的表面作為節(jié)省空間的透明發(fā)聲裝置。其四，由于碳納米管具有較好的機械強度和韌性， 故由相互纏繞的碳納米管組成的碳納米管薄膜具有較好的機械強度和韌性， 耐用性較好且自支撐效果較好，從而有利于制備由碳納米管薄膜組成的各種 形狀、尺寸的發(fā)聲裝置，進而方便地應用于各種領域。
另外，本領域技術人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當然，這些依 據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種發(fā)聲裝置，其包括一信號輸入裝置；以及一發(fā)聲元件，該發(fā)聲元件與所述信號輸入裝置的兩端電連接；其特征在于，所述發(fā)聲元件為一碳納米管薄膜，該碳納米管薄膜包括多個相互纏繞的碳納米管，所述信號輸入裝置輸入電信號給該碳納米管薄膜，使該碳納米管薄膜加熱周圍氣體介質(zhì)發(fā)出聲波。
2. 如權利要求1所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述碳納米管薄膜中的碳納米 管之間通過范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡狀結(jié)構(gòu)。
3. 如權利要求1所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述碳納米管薄膜中的碳納米 管各向同性，均勻分布，無規(guī)則排列。
4. 如權利要求1所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述碳納米管薄膜包括孔徑小 于IO微米的微孔結(jié)構(gòu)。
5. 如權利要求1所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述碳納米管薄膜的厚度為 0.5納米~1毫米。
6. 如權利要求1所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述碳納米管薄膜中的碳納米 管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳納米管中的一種或多種，所述單 壁石灰納米管的直徑為0.5納米~50納米，所述雙壁-岌納米管的直徑為1.0納 米 50納米，所述多壁碳納米管的直徑為1.5納米 50納米。
7. 如權利要求1所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述發(fā)聲裝置進一步包括至少 兩電極，該至少兩電極間隔設置且與所述發(fā)聲元件電連接。
8. 如權利要求7所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述至少兩電極進一步通過導 線與所述信號輸入裝置的兩端電連接。
9. 如權利要求7所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述至少兩電極為層狀、棒狀 或塊狀。
10. 如權利要求7所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述電極的材料為金屬、導電 膠、金屬性碳納米管或銦錫氧化物。
11. 如權利要求7所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述發(fā)聲裝置進一步包括一導電粘結(jié)層設置在所述至少兩電極和發(fā)聲元件之間。
12. 如權利要求1所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述發(fā)聲裝置包括多個電極， 該多個電極間隔設置且均與所述發(fā)聲元件電連接，且該多個電極中任意兩個 相鄰的電極分別與所述信號輸入裝置的兩端電連接。
13. 如權利要求1所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述信號輸入裝置輸入的信號 包括交流電信號或音頻電信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)聲裝置，其包括一信號輸入裝置；以及一發(fā)聲元件，該發(fā)聲元件與所述信號輸入裝置的兩端電連接；其中，所述發(fā)聲元件為一碳納米管薄膜，該碳納米管薄膜包括多個相互纏繞的碳納米管，所述信號輸入裝置輸入電信號給該碳納米管薄膜，使該碳納米管薄膜加熱周圍氣體介質(zhì)發(fā)出聲波。所述發(fā)聲裝置可用于耳機、音箱、收音機等可發(fā)聲的裝置中。
文檔編號H04R23/00GK101600139SQ20081006758
公開日2009年12月9日 申請日期2008年6月4日 優(yōu)先權日2008年6月4日
發(fā)明者姜開利, 林 肖, 范守善, 卓 陳 申請人:清華大學;鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司