專利名稱：傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備及其制作方法
傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳聲器揚(yáng)聲器領(lǐng)域，尤其涉及一種傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備及其制作方 法。
背景技術(shù)：
目前的傳聲器主要包括傳統(tǒng)的駐極體電容式傳聲器(ECM)和近年開(kāi)發(fā)的硅傳聲 器(也稱為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMQ傳聲器)。駐極體電容式傳聲器是由一片單面鍍金屬層的駐 極體薄膜與一個(gè)有若干小孔的金屬電極(背極)構(gòu)成。駐極體面與背極相對(duì)，中間有一極 小的空氣隙，這就形成了一個(gè)電容器。由于駐極體上具有極化電荷，在電容器的兩極之間存 在電位差。當(dāng)聲波作用于駐極體薄膜時(shí)，振膜振動(dòng)產(chǎn)生位移改變電容器的電容量，使得電容 器的輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的交變電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換。硅傳聲器包含一層直接刻蝕在 硅基片上的壓感振膜，在聲波的作用下振膜振動(dòng)從而改變振膜與背極間的電壓，通過(guò)微機(jī) 電系統(tǒng)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸出。目前的揚(yáng)聲器主要使用的是傳統(tǒng)的動(dòng)圈式揚(yáng)聲器。動(dòng)圈式揚(yáng)聲器含有可活動(dòng)的線 圈，在磁場(chǎng)的作用下，當(dāng)有音頻電流通過(guò)時(shí)，線圈作與音頻信號(hào)相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，線圈帶動(dòng)紙 盤(pán)，發(fā)出聲音。還有動(dòng)鐵式揚(yáng)聲器，振動(dòng)部分是一個(gè)懸浮在電磁鐵前方的鐵片，信號(hào)經(jīng)過(guò)電 磁鐵時(shí)使電磁鐵磁場(chǎng)變化，使鐵片振動(dòng)，鐵片通過(guò)一個(gè)結(jié)構(gòu)精密的連接棒傳導(dǎo)到一個(gè)微型 振膜的中心點(diǎn)，從而使振膜產(chǎn)生振動(dòng)并發(fā)聲。另外還有用在高頻喇叭或超聲波發(fā)生器上的 壓電陶瓷揚(yáng)聲器。傳統(tǒng)的傳聲器和揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，包含多個(gè)零件，體積較大，零件需要精密 加工，工藝要求十分嚴(yán)謹(jǐn)。而新開(kāi)發(fā)的硅傳聲器的性價(jià)比還有待提高，且封裝工藝、品質(zhì)問(wèn) 題等還亟待改善。傳聲器陣列和揚(yáng)聲器陣列也是以傳統(tǒng)的單個(gè)傳聲器和揚(yáng)聲器為基本單 元，由多個(gè)單元組合而成。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小、成本低廉的傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè) 備。一種傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備，包括壓電駐極體薄膜及線路板組件，壓電駐極體薄 膜包括多孔聚合物薄膜、對(duì)稱設(shè)在多孔聚合物薄膜兩側(cè)的電極、以及與電極電連接的薄膜 連接端，多孔聚合物薄膜的孔洞上下表面分別沉積有正負(fù)電荷；線路板組件上設(shè)有與薄膜 連接端電連接的第一連接端及用于與外接電路連接的第二連接端。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，壓電駐極體薄膜還包括位于多孔聚合物薄膜兩側(cè)的聚合物 實(shí)心薄膜，聚合物實(shí)心薄膜與多孔聚合物薄膜形成層狀結(jié)構(gòu)，電極沉積在聚合物實(shí)心薄膜 的內(nèi)表面上。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，多孔聚合物薄膜中孔洞的形狀為盤(pán)狀或透鏡狀，孔洞在沿 所述多孔聚合物薄膜的厚度方向封閉。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，電極為多個(gè)且呈陣列排布。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，多孔聚合物薄膜使用的材質(zhì)為聚丙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二 醇酯、聚鄰苯二甲酸酯、聚醚醚酮、環(huán)烯烴共聚物、氟化乙烯丙烯共聚物、聚四氟乙烯、可溶 性聚四氟乙烯、聚三氟乙烯及聚乙烯中的至少一種；電極為金屬電極，金屬為鋁、金、銀、銅、 鎳或鎢。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，多孔聚合物薄膜的厚度不超過(guò)Imm;電極的厚度在20 IOOnm之間。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，壓電駐極體薄膜表面設(shè)有防水膜或防輻射膜。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，線路板組件包括具有雙向信號(hào)傳遞功能的數(shù)字信號(hào)處理芯 片、以及信號(hào)放大芯片。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，第二連接端連接有有線或無(wú)線信號(hào)發(fā)送裝置。基于多孔聚合物薄膜的壓電駐極體薄膜(以下簡(jiǎn)稱壓電膜)具有壓電響應(yīng)大、質(zhì) 量輕(克級(jí))、厚度薄(微米級(jí))、材料柔軟易于彎折、適應(yīng)各種環(huán)境(耐腐蝕、防水)、無(wú)毒 無(wú)害環(huán)保、成本低廉(聚合物膜產(chǎn)量非常大)等優(yōu)點(diǎn)。壓電膜孔洞上下表面沉積有正負(fù)電 荷，形成電偶極子，在聲波的壓力作用下，壓電膜內(nèi)孔洞的厚度發(fā)生變化，因此孔洞內(nèi)電偶 極子的大小發(fā)生變化，電極內(nèi)的補(bǔ)償電荷也隨之發(fā)生變化，從而改變電極之間的電壓，此即 利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換；反過(guò)來(lái)，當(dāng)給壓電膜施加一交變電壓，根據(jù)反壓電效應(yīng)，壓電 膜的厚度發(fā)生振動(dòng)，產(chǎn)生聲波，實(shí)現(xiàn)電聲轉(zhuǎn)換。因此，本發(fā)明的傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備既可 作傳聲器用，又可作揚(yáng)聲器用，只是信號(hào)傳遞的方向不同。此外，還有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小、成本低廉的傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備 的制作方法。一種傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備的制作方法，包括如下步驟提供多孔聚合物薄膜；在所述多孔聚合物薄膜兩側(cè)分別沉積電極；對(duì)所述多孔聚合物薄膜進(jìn)行充電極化處理，得到孔洞上下表面分別沉積有正負(fù)電 荷的多孔聚合物薄膜；及在表面沉積有電極的多孔聚合物薄膜表面鋪設(shè)薄膜連接端，并與線路板組件電連 接。該制作方法原理簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低，可廣泛推廣應(yīng)用。
圖1為實(shí)施例1傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備的俯視圖；圖2為圖1中傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備的剖視圖；圖3為實(shí)施例2的傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備的俯視圖；圖4為圖3中傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備的剖視圖。
具體實(shí)施方式下面主要結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例1
如圖1和圖2所示，本實(shí)施例的傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備100包括壓電駐極體薄膜 110及線路板組件120。壓電駐極體薄膜110包括多孔聚合物薄膜112、對(duì)稱設(shè)在多孔聚合物薄膜112兩側(cè) 的電極114、以及與電極114電連接的薄膜連接端116。本實(shí)施例的多孔聚合物薄膜112為方塊狀，其上具有泡沫或蜂窩結(jié)構(gòu)的孔洞。孔 洞的上下表面分別沉積有正負(fù)電荷。本實(shí)施例多孔聚合物薄膜112的孔洞為盤(pán)狀或透鏡 狀?？锥纯v向(多孔聚合物薄膜112的厚度方向)封閉。盤(pán)狀或透鏡狀的孔洞相比于傳統(tǒng) 的圓形或接近圓形的孔洞更容易被壓縮，因此，該多孔聚合物薄膜112具有較低的彈性模 量。壓電駐極體薄膜110的壓電信號(hào)依賴于多孔聚合物薄膜112對(duì)外界壓力(如聲壓)的 響應(yīng)，也即對(duì)外界壓力所做出的形變。在外界壓力一定的情況下，多孔聚合物薄膜112的形 變?cè)酱螅瑝弘婑v極體薄膜110的壓電響應(yīng)越大。本實(shí)施例多孔聚合物薄膜112使用的材質(zhì)為聚丙烯(PI)。在其他優(yōu)選的實(shí)施例 中，多孔聚合物薄膜112還可以使用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚鄰苯二甲酸酯(PEN)、 聚醚醚酮(PEEK)、環(huán)烯烴共聚物(COC)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、可 溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚三氟乙烯(PCTFE)、聚酰亞胺(PI)及聚乙烯(PE)中的至少一種 聚合物材質(zhì)。本實(shí)施例的多孔聚合物薄膜112具有較高的電荷存儲(chǔ)穩(wěn)定性、較高的電荷存 儲(chǔ)密度，并且容易制作形成孔洞，耐高壓性等綜合物理性能優(yōu)良。電極114為鋪設(shè)在多孔聚合物薄膜112兩側(cè)的金屬電極。本實(shí)施例的金屬電極使 用鋁作導(dǎo)電金屬，且電極的厚度為50nm。在其他優(yōu)選的實(shí)施例中，電極114還可以使用金、 銀、銅、鎳或鎢等導(dǎo)電性能良好的金屬或合金，且電極114的厚度可以在20 IOOnm之間。多孔聚合物薄膜112兩側(cè)的電極114對(duì)稱設(shè)置，形成壓電單元，即傳聲器/揚(yáng)聲器 功能單元。薄膜連接端116分別在多孔聚合物薄膜112的兩側(cè)設(shè)置，分別與兩側(cè)的電極114 電連接。本實(shí)施例的線路板組件120固定在壓電駐極體薄膜110的空白區(qū)域，其上設(shè)有與 薄膜連接端116電連接的第一連接端122及用于與外接電路連接的第二連接端124。第二 連接端1 連接有線或無(wú)線信號(hào)發(fā)送裝置(圖未示)。此外，本實(shí)施例的線路板組件120還包括具有雙向信號(hào)傳遞功能的數(shù)字信號(hào)處理 芯片、以及信號(hào)放大芯片(圖未示)。當(dāng)線路板組件120外接傳聲器電路時(shí)，本實(shí)施例的壓電駐極體薄膜110可作為傳 聲器使用。其中，傳聲器電路上設(shè)有模數(shù)轉(zhuǎn)換器、編碼器等器件。在聲壓的作用下，由于壓電 效應(yīng)，壓電駐極體薄膜110產(chǎn)生包含聲音信息的模擬電信號(hào)，模擬電信號(hào)經(jīng)過(guò)電連接輸入 到電路，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大芯片將信號(hào)放大，再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器和編碼器對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn) 行模數(shù)轉(zhuǎn)換和編碼，得到數(shù)字信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理(DSP)芯片處理，輸出到外界。當(dāng)線路板組件120外接揚(yáng)聲器電路時(shí)，本實(shí)施例的壓電駐極體薄膜110可作為揚(yáng) 聲器使用。其中，揚(yáng)聲器電路上設(shè)有數(shù)模轉(zhuǎn)換器、解碼器等器件。從外界輸入包含聲音信息 的數(shù)字信號(hào)到電路。經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理(DSP)芯片處理，再經(jīng)過(guò)解碼器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)輸 入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解碼和數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到模擬信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)信號(hào)放大芯片將信號(hào)放大，經(jīng) 過(guò)電連接輸出到壓電駐極體薄膜110。在電信號(hào)的作用下，由于反壓電效應(yīng)，壓電駐極體薄膜110產(chǎn)生聲音信號(hào)。壓電駐極體薄膜110和線路板組件120的厚度均為幾十到幾百微米之間，電極114 的厚度為納米量級(jí)，從而整個(gè)傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備100的厚度小于一毫米，幾乎不占空 間體積。壓電駐極體薄膜110可以彎折，面積不限，重量為幾十到幾百毫克。根據(jù)實(shí)際安裝位置設(shè)定傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備100的尺寸和形狀，在其他實(shí)施例 中，壓電駐極體薄膜110還可以為球面型等。進(jìn)一步，在其他優(yōu)選的實(shí)施例中，壓電單元，即 上下表面電極的形狀、尺寸、排列都可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)。壓電駐極體薄膜110還可以由兩層或兩層以上的聚合物薄膜構(gòu)成。其中，多孔聚 合物薄膜的兩側(cè)通常為聚合物實(shí)心薄膜。聚合物實(shí)心薄膜、多孔聚合物薄膜形成層狀結(jié)構(gòu)， 電極沉積在聚合物實(shí)心薄膜的內(nèi)表面上。多層聚合物薄膜疊合并電連接可以增大壓電響應(yīng) 的靈敏度。此外，壓電駐極體薄膜110的表面還可覆蓋一層防水保護(hù)膜、防輻射膜等。上述傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備100可以采用下述制作方法制備，具體如下步驟Sl 提供多孔聚合物薄膜112。本實(shí)施例中的多孔聚合物薄膜112為聚丙烯(PI)高分子材料制作。在其他實(shí)施 例中，多孔聚合物薄膜112還可以但不限于下列材料中的至少一種聚對(duì)苯二甲酸乙二醇 酯(PET)、聚鄰苯二甲酸酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、環(huán)烯烴共聚物(COC)、氟化乙烯丙烯共 聚物(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚酰亞 胺(PI)及聚乙烯(PE)。本實(shí)施例采用熱吹塑和雙向拉伸的方法來(lái)制備多孔聚合物薄膜112，具體如下 首先將高分子聚合物材料(以下簡(jiǎn)稱聚合物)充入到一個(gè)封閉的腔內(nèi)，對(duì)該聚合物加熱使 其熔融；之后向聚合物熔體中注入高壓氣體，在熔體內(nèi)形成大量的氣泡即孔洞，然后將熔體 擠壓成管狀并冷卻；最后對(duì)聚合物再度加熱，進(jìn)行吹塑成膜，并在薄膜成型時(shí)在薄膜平面內(nèi) 的橫向和縱向同時(shí)進(jìn)行雙向拉伸，以形成具有盤(pán)狀或透鏡狀孔洞的多孔聚合物薄膜112。在其他優(yōu)選的實(shí)施例中，還可以采用下述方法制作添加成核介質(zhì)和雙向拉伸法首先對(duì)聚合物加熱使其熔融，在熔體中加入不影響 聚合物儲(chǔ)電能力的成核介質(zhì)，如礦物微粒；然后將薄膜擠出，在玻璃相變溫度附近、在擠出 方向上對(duì)薄膜拉伸；由于成核介質(zhì)的存在，在拉伸的過(guò)程中因?yàn)椴牧系膽?yīng)力不同，在薄膜內(nèi) 形成桿狀孔洞；最后在玻璃相變溫度附近對(duì)薄膜進(jìn)行橫向拉伸以形成具有盤(pán)狀或透鏡狀的 孔洞的多孔聚合物薄膜。兩種聚合物混合和雙向拉伸法將兩種聚合物按一定配比混合并加熱熔融；然后 在玻璃相變溫度附近對(duì)熔融的聚合物同時(shí)進(jìn)行橫向和縱向的雙向拉伸。兩種聚合物因?yàn)椴?料不同而應(yīng)力不同，在拉伸的過(guò)程中在材料的交界面附近形成大量的孔洞，并且因?yàn)槭请p 向拉伸，從而得到孔洞呈盤(pán)狀或透鏡狀的多孔聚合物薄膜。臨界態(tài)高溫膨化法將聚合物實(shí)心薄膜(非孔洞固體膜，以下簡(jiǎn)稱實(shí)心膜)置于封 閉腔體內(nèi)，充入高壓氣體作為膨化介質(zhì)，如二氧化碳，到達(dá)臨界點(diǎn)后膨化介質(zhì)進(jìn)入氣/液臨 界態(tài)，并滲入到實(shí)心膜內(nèi)各處直到飽和；然后迅速釋放高壓，并對(duì)充滿飽和膨化介質(zhì)的薄膜 施以高溫，由于膨化介質(zhì)由臨界態(tài)進(jìn)入氣態(tài)時(shí)體積急劇增大，薄膜體內(nèi)各處發(fā)生膨化，形成 大量孔洞，同時(shí)，高溫處理可以穩(wěn)定膨化后的多孔聚合物薄膜結(jié)構(gòu)。
對(duì)于層狀結(jié)構(gòu)的多孔聚合物薄膜，可以采用柔軟多孔聚合物薄膜(以下簡(jiǎn)稱孔洞 膜)與堅(jiān)硬實(shí)心膜疊加的方法來(lái)制備將一層柔軟的孔洞膜置于兩層堅(jiān)硬的實(shí)心膜之間， 或?qū)⒍鄬尤彳浛锥茨ず投鄬訄?jiān)硬實(shí)心膜交替，采用粘貼或熱壓熔合的方法將各層粘合而 形成孔洞膜系統(tǒng)。柔軟膜含有大量孔洞，但不用于儲(chǔ)存電荷，而是利用其孔洞率高(可達(dá) 90% )而非常柔軟的特點(diǎn)，在外界的壓力下產(chǎn)生形變；膜系最外表面為實(shí)心膜，用以形成縱 向封閉的系統(tǒng)；電荷儲(chǔ)存在孔洞膜和實(shí)心膜的交界面上(即實(shí)心膜的內(nèi)表面)。實(shí)際上整 個(gè)孔洞膜層就是一個(gè)儲(chǔ)存電荷的大孔洞；若使用熱壓熔合的方法固定，則孔洞膜材料的熔 點(diǎn)須高于實(shí)心膜材料的熔點(diǎn)，將膜系加熱到一個(gè)高于實(shí)心膜熔點(diǎn)而低于孔洞膜熔點(diǎn)的溫度 并施加適當(dāng)?shù)膲毫?，使得?shí)心膜材料在熔融的狀態(tài)下和孔洞膜緊密地粘合，從而形成層狀 結(jié)構(gòu)的多孔聚合物薄膜。此外，還可以采用中空網(wǎng)格結(jié)構(gòu)膜和實(shí)心膜疊加的方法來(lái)制備層狀結(jié)構(gòu)的多孔聚 合物薄膜首先設(shè)計(jì)內(nèi)部孔洞的結(jié)構(gòu)，可以用激光刻蝕、化學(xué)刻蝕等方法對(duì)實(shí)心膜進(jìn)行加 工，使之成為中空的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，例如但不限于用激光將實(shí)心膜刻成鏤空的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中包 含規(guī)則的網(wǎng)孔和骨架；再將中空網(wǎng)格結(jié)構(gòu)膜疊加于實(shí)心膜之間，也可多層交替疊加，但是最 外表面必須是實(shí)心膜，并采用粘貼、熱壓熔合、激光熔合等方法將各層粘合，成為縱向封閉 的孔洞膜系。電荷儲(chǔ)存在實(shí)心膜的內(nèi)表面。在外界壓力，如聲壓作用下，在中空網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的 網(wǎng)孔處，外層實(shí)心膜發(fā)生彎曲，從而改變孔洞的厚度，進(jìn)而改變電偶極距。若孔洞的厚度過(guò)小，對(duì)孔洞的充電(極化)比較困難，影響壓電響應(yīng)。優(yōu)選的，可 以采用氣體膨脹的方法來(lái)改進(jìn)經(jīng)上述方法制備的泡沫結(jié)構(gòu)的孔洞膜先將孔洞膜置于高壓 氣體，如二氧化碳或氮?dú)猸h(huán)境中并維持一段時(shí)間，使得氣體擴(kuò)散到孔洞內(nèi)；然后將環(huán)境氣壓 迅速降至常壓，在孔洞內(nèi)外壓力差的作用下孔洞得以膨脹，從而增加孔洞的厚度。進(jìn)一步優(yōu) 選的，膨脹后進(jìn)行熱處理以穩(wěn)定膨化后的結(jié)構(gòu)。步驟S2 在多孔聚合物薄膜112兩側(cè)分別沉積電極114。首先準(zhǔn)備一張掩膜，其大小不小于多孔聚合物薄膜112。在掩膜上與多孔聚合物 薄膜112所需沉積電極114所對(duì)應(yīng)的位置，挖出空缺，空缺的數(shù)量、形狀、排列根據(jù)所需電 極114的數(shù)量、形狀、排列來(lái)確定。在掩膜的覆蓋下，在多孔聚合物薄膜112表面沉積電極 114。同樣在多孔聚合物薄膜112的另一面相對(duì)應(yīng)的位置沉積電極114，則上下電極114共 同覆蓋的區(qū)域形成壓電單元。本實(shí)施例采用物理氣象沉積的方法在多孔聚合物薄膜112的沉積金屬電極114。此外，還可以采用濺射鍍膜的方法沉積金屬電極114 氬氣的真空條件下，使氬氣 進(jìn)行輝光放電，氬原子電離成氬離子，氬離子在電場(chǎng)力的作用下，加速轟擊以金屬制作的陰 極靶材，靶材濺射出來(lái)而沉積到多孔聚合物薄膜112的表面。步驟S3 對(duì)多孔聚合物薄膜112進(jìn)行充電極化處理。本實(shí)施例采用接觸法充電將直流高壓的正負(fù)極分別直接加在薄膜112兩面的電 極114上，在兩個(gè)電極114間形成穿過(guò)薄膜112的高電場(chǎng)，觸發(fā)薄膜112孔洞中的空氣電離 而在孔洞內(nèi)得到分離的正負(fù)電荷，并最終沉積在孔洞的上下表面，形成電偶極子。此外，在其他優(yōu)選的實(shí)施例中，還可以采用電暈充電電暈充電電極和薄膜保持一 定距離，施加一個(gè)恒定高壓，由于在電暈充電電極和薄膜之間存在非均勻電場(chǎng)引起氣體局 部放電，即電暈放電；空氣被電離所產(chǎn)生的電荷在薄膜表面沉積，沉積的電荷形成穿過(guò)薄膜的高電場(chǎng)，觸發(fā)薄膜孔洞中的空氣電離而在孔洞內(nèi)得到分離的正負(fù)電荷，并最終沉積在孔 洞的上下表面，形成電偶極子。可以使用正電暈，也可使用負(fù)電暈，電暈可以是針狀、絲狀、 刀口狀。進(jìn)一步還可在放電電極的針尖和樣品之間加一層金屬柵網(wǎng)，施加與電暈電壓同極 的柵極電壓，使得樣品表面的沉積電荷橫向分部均勻，同時(shí)還可控制樣品的表面電位。電子束充電通過(guò)非穿透性的單能電子束在真空系統(tǒng)中輻照而把電子注入多孔聚 合物薄膜，并可通過(guò)均勻擴(kuò)束輻照或電子束掃描樣品表面以實(shí)現(xiàn)橫向均勻充電?？梢酝ㄟ^(guò) 控制電子束能量和注入的束電流能精確地控制注入沿薄膜厚度方向的電荷層平均深度及 電荷密度。這種方法對(duì)體內(nèi)含有較高比例深阱能級(jí)的PTFE，F(xiàn)EP等材料的電荷壽命提高具 有重要意義。液體接觸充電聚合物薄膜單面有電極。薄膜無(wú)電極的一面與導(dǎo)電液體接觸，導(dǎo)電 液體再通過(guò)一個(gè)充電電極與直流高壓相連。在維持電場(chǎng)的情況下抬起充電電極，蒸發(fā)液體， 這樣就把空間電荷從導(dǎo)電液體轉(zhuǎn)移到待充電的聚合物薄膜表面。此方法所得到的電荷密度 橫向分布十分均勻。對(duì)于在充電過(guò)程中無(wú)需表面電極或只需一面有電極的情況，需要在充電結(jié)束后對(duì) 無(wú)電極的一面沉積電極，最終使得薄膜兩面對(duì)應(yīng)的位置都有電極。步驟S4 在表面沉積有電極的多孔聚合物薄膜表面鋪設(shè)薄膜連接端，并與線路板 組件電連接。此外，為了提高得到的壓電駐極體薄膜的工作溫度，擴(kuò)大設(shè)備在高溫下的適用范 圍，需要提高多孔聚合物薄膜的電荷儲(chǔ)存穩(wěn)定性。一般條件下，電荷主要儲(chǔ)存在材料的淺阱 (淺能級(jí))中，只要較低的能量即可使電荷脫阱，因此電荷不穩(wěn)定。可以采用下述方法提高 多孔聚合物薄膜的電荷存儲(chǔ)穩(wěn)定性充電期間的熱處理-高溫充電法將待充電樣品加熱到預(yù)先設(shè)定的充電溫度，然 后采用前述方法對(duì)樣品充電；充電結(jié)束，保持充電電壓，將樣品冷卻至室溫后，再撤去高壓。 充電過(guò)程中存在一個(gè)最佳充電溫度，當(dāng)充電溫度低于此最佳值時(shí)，淺阱中載流子占較大比 例，電荷穩(wěn)定性不能充分改善；當(dāng)充電溫度高于此最佳值時(shí)，更多深阱電荷被外界提供的較 高熱能激發(fā)脫阱，深阱內(nèi)儲(chǔ)存電荷密度下降，影響充電效率。常溫充電后的熱處理-退火或老化法將已經(jīng)常溫充電的樣品，加熱到適當(dāng)溫度， 保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻。此方法主要適用于儲(chǔ)存著較高電荷密度的壓電膜和呈現(xiàn)電 荷快再捕獲效應(yīng)的壓電膜。更進(jìn)一步，可采用充電-退火-充電-退火等多次循環(huán)，既改善 電荷儲(chǔ)存的穩(wěn)定性，又提高電荷儲(chǔ)存的密度。經(jīng)多次老化，淺阱中的載流子熱激發(fā)脫阱后在 遷移途中多次脫阱并再捕獲，從而在向背電極輸運(yùn)中被捕獲到越來(lái)越深的阱中，而老化所 提供的有限值的熱能不足以引起已捕獲在深阱中的電荷脫阱，因此循環(huán)次數(shù)越多，深阱對(duì) 淺阱儲(chǔ)存電荷的比例越高。充電前的熱處理-淬火法將尚未充電的樣品，加熱到一個(gè)高于材料玻璃相變點(diǎn) 而低于材料熔點(diǎn)的溫度，保持一段時(shí)間，然后以大于臨界冷卻速度冷卻。淬火前加熱時(shí)，材 料逐步熔融，存在于材料內(nèi)的晶塊(或晶粒)瓦解成較小的晶粒(或破碎的晶層)，分散在 非晶區(qū)內(nèi)。如果結(jié)晶度沒(méi)有顯著下降，則表現(xiàn)出較大的晶區(qū)和非晶區(qū)界面，使得材料結(jié)構(gòu)形 態(tài)向著有利于電荷儲(chǔ)存的方向轉(zhuǎn)化。當(dāng)淬火開(kāi)始，熔體的粘滯性迅速增加。由于聚合物大分子存在較長(zhǎng)的弛豫時(shí)間，處于局部熔融態(tài)的部分隨機(jī)取向的分子鏈沒(méi)有足夠的時(shí)間結(jié)晶 化。分散于熔體內(nèi)較小的晶粒被瞬時(shí)地“凍結(jié)”在高溫態(tài)，結(jié)晶粒度增加，更多更復(fù)雜的缺 陷形成，使得電荷的穩(wěn)定性得以改善?；诙嗫拙酆衔锉∧さ膲弘娔ぞ哂袎弘婍憫?yīng)大、質(zhì)量輕(克級(jí))、厚度薄(微米 級(jí))、材料柔軟易于彎折、適應(yīng)各種環(huán)境(耐腐蝕、防水)、無(wú)毒無(wú)害環(huán)保、成本低廉(聚合物 膜產(chǎn)量非常大)等優(yōu)點(diǎn)。壓電膜孔洞上下表面沉積有正負(fù)電荷，形成電偶極子，在聲波的壓 力作用下，壓電膜內(nèi)孔洞的厚度發(fā)生變化，因此孔洞內(nèi)電偶極子的大小發(fā)生變化，電極的補(bǔ) 償電荷也隨之發(fā)生變化，從而改變電極之間的電壓，此即利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換；反過(guò) 來(lái)，當(dāng)給壓電膜施加一交變電壓，根據(jù)反壓電效應(yīng)，壓電膜發(fā)生振動(dòng)，產(chǎn)生聲波，實(shí)現(xiàn)電聲轉(zhuǎn) 換。因此，本發(fā)明的傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備既可作傳聲器用，又可作揚(yáng)聲器用，只是信號(hào)傳 遞的方向不同。實(shí)施例2如圖3、圖4所示，本實(shí)施例的傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備200包括壓電駐極體薄膜 210及線路板組件220。與實(shí)施例1不同的是，本實(shí)施例的壓電駐極體薄膜210在多孔聚合 物薄膜212上設(shè)有多個(gè)電極214，形成電極陣列。多孔聚合物薄膜212兩側(cè)的每對(duì)對(duì)應(yīng)電極 構(gòu)成壓電單元。相應(yīng)的，每個(gè)壓電單元均設(shè)有薄膜連接端216。本實(shí)施例的線路板組件220固定在壓電駐極體薄膜210的空白區(qū)域，其上設(shè)有與 薄膜連接端216電連接的第一連接端222及用于與外接電路連接的第二連接端224。第二 連接端2M設(shè)有有線或無(wú)線信號(hào)發(fā)送裝置(圖未示)。其他結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。此外，在其他優(yōu)選的實(shí)施例中，通過(guò)電路分別控制每一個(gè)壓電單元，可以傳聲、揚(yáng) 聲兩個(gè)功能并存，如設(shè)置奇數(shù)行功能單元為傳聲器，偶數(shù)行功能單元為揚(yáng)聲器，或者采用其 他實(shí)際需要進(jìn)行劃分。由于傳聲器陣列的高指向性特點(diǎn)，可以選擇接收聲音的方向，避免揚(yáng) 聲器單元發(fā)出的聲音被傳聲器單元接收，傳聲和揚(yáng)聲兩個(gè)功能同時(shí)工作而不互相干擾。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備，其特征在于，包括壓電駐極體薄膜及線路板組件，所 述壓電駐極體薄膜包括多孔聚合物薄膜、對(duì)稱設(shè)在所述多孔聚合物薄膜兩側(cè)的電極、以及 與所述電極電連接的薄膜連接端，所述多孔聚合物薄膜的孔洞上下表面分別沉積有正負(fù)電 荷；所述線路板組件上設(shè)有與所述薄膜連接端電連接的第一連接端及用于與外接電路連接 的第二連接端。
2.如權(quán)利要求1所述的傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備，其特征在于，所述壓電駐極體薄膜還 包括位于所述多孔聚合物薄膜兩側(cè)的聚合物實(shí)心薄膜，所述聚合物實(shí)心薄膜與所述多孔聚 合物薄膜形成層狀結(jié)構(gòu)，所述電極沉積在所述聚合物實(shí)心薄膜的內(nèi)表面上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備，其特征在于，所述孔洞的形狀為盤(pán) 狀或透鏡狀，所述孔洞在沿所述多孔聚合物薄膜的厚度方向上封閉。
4.如權(quán)利要求1或2所述的傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備，其特征在于，所述電極為多個(gè)且呈 陣列排布。
5.如權(quán)利要求1所述的傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備，其特征在于，所述多孔聚合物薄膜使 用的材質(zhì)為聚丙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚鄰苯二甲酸酯、聚醚醚酮、環(huán)烯烴共聚物、氟 化乙烯丙烯共聚物、聚四氟乙烯、可溶性聚四氟乙烯、聚三氟乙烯及聚乙烯中的至少一種； 所述電極為金屬電極，所述金屬為鋁、金、銀、銅、鎳或鎢。
6.如權(quán)利要求1或5所述的傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備，其特征在于，所述多孔聚合物薄膜 的厚度不超過(guò)Imm ；所述電極的厚度在20 IOOnm之間。
7.如權(quán)利要求1所述的傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備，其特征在于，所述壓電駐極體薄膜表 面設(shè)有防水膜或防輻射膜。
8.如權(quán)利要求1所述的傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備，其特征在于，所述線路板組件包括具 有雙向信號(hào)傳遞功能的數(shù)字信號(hào)處理芯片、以及信號(hào)放大芯片。
9.如權(quán)利要求1或8所述的傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備，其特征在于，所述第二連接端連接 有有線或無(wú)線信號(hào)發(fā)送裝置。
10.一種傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備的制作方法，其特征在于，包括如下步驟提供多孔聚合物薄膜；在所述多孔聚合物薄膜兩側(cè)分別沉積電極；對(duì)所述多孔聚合物薄膜進(jìn)行充電極化處理，得到孔洞上下表面分別沉積有正負(fù)電荷的 多孔聚合物薄膜；及在表面沉積有電極的多孔聚合物薄膜表面鋪設(shè)薄膜連接端，并與線路板組件電連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種傳聲揚(yáng)聲兩用薄膜設(shè)備，包括壓電駐極體薄膜及線路板組件，壓電駐極體薄膜包括多孔聚合物薄膜、對(duì)稱設(shè)在多孔聚合物薄膜兩側(cè)的電極、以及與電極電連接的薄膜連接端，多孔聚合物薄膜的孔洞上下表面分別沉積有正負(fù)電荷；線路板組件上設(shè)有與薄膜連接端電連接的第一連接端及用于與外接電路連接的第二連接端。壓電膜孔洞上下表面沉積有正負(fù)電荷，形成電偶極子，在聲波的壓力作用下，壓電膜內(nèi)孔洞的厚度發(fā)生變化，因此孔洞內(nèi)電偶極子的大小發(fā)生變化，電極內(nèi)的補(bǔ)償電荷也隨之發(fā)生變化，從而改變電極之間的電壓，此即利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換；反過(guò)來(lái)，根據(jù)反壓電效應(yīng)，壓電膜的厚度發(fā)生振動(dòng)，產(chǎn)生聲波，實(shí)現(xiàn)電聲轉(zhuǎn)換。
文檔編號(hào)H04R19/01GK102143424SQ20111011707
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者方鵬, 朱彪 申請(qǐng)人:深圳市豪恩聲學(xué)股份有限公司