CN101771915B

CN101771915B - 发声装置

Info

Publication number: CN101771915B
Application number: CN 200810191732
Authority: CN
Inventors: 刘亮
Original assignee: Beijing Funate Innovation Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Funate Innovation Technology Co Ltd
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-12-30
Also published as: CN101771915A

Abstract

一种发声装置，其包括：一基底；一第一电极和一第二电极，该第一电极和第二电极间隔设置于所述基底；一发声元件，该发声元件为一碳纳米管结构，该碳纳米管结构与该第一电极及该第二电极电连接；一导电粘结层，该导电粘结层设置于所述第一电极和第二电极的表面，所述发声元件固定于该导电粘结层，该导电粘结层渗入该发声元件，该发声元件相对该基底悬空设置，且该发声元件与所述的基底之间具有一距离。所述发声装置的发声元件与所述的第一电极和第二电极具有良好的电连接性，且由于发声元件与基底悬空设置，使其之间具有一距离，因此可将其内部产生用以发声的热量迅速传导给周围介质，故有效提升了该发声装置的发声效果。

Description

发声装置

技术领域

本发明涉及一种发声装置，尤其涉及一种基于碳纳米管的发声装置。

背景技术

发声装置一般由信号输入装置和发声元件组成，通过信号输入装置输入信号到该发声元件，进而发出声音。热致发声装置为发声装置中的一种，其为基于热声效应的一种发声装置。

H.D.Arnold和I.B.Crandall在文献“The thermophone as a precision sourceof sound”，Phys.Rev.10，p22-38(1917)中介绍了一种简单的热致发声装置，其采用一铂片作发声元件。由于发声元件的发声频率与其单位面积热容密切相关，单位面积热容大，则发声频率范围窄，声波强度低；反之，单位面积热容小，则发声频率范围宽，声波强度高。因此，欲获得具有较宽的发声频率范围及较高的声波强度，则要求发声元件的单位面积热容愈小愈好。而具有较小热容的金属铂片，受材料本身的限制，其厚度最小只能达0.7微米，且采用该铂片作发声元件的发声装置，其所产生的发声频率最高仅可达4千赫兹。

另外，范守善等人公开了一种应用碳纳米管的发声装置，请参见文献“Flexible，Stretchable，Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers”，范守善et al.，Nano Letters，Vol.8(12)，p4539-4545(2008)。请参见图1，该发声装置10包括一基底12、一碳纳米管膜14、以及两个电极16。该碳纳米管膜14设置于该基底12上，该两个电极16分别与该碳纳米管膜14电连接。由于该发声装置10采用碳纳米管膜14作为发声元件，该碳纳米管膜14具有极大的比表面积及极小的单位面积热容，所以该发声装置10可发出人耳能够听到的声音的强度，且具有极薄的厚度以及较宽的发声频率范围(100Hz～100kHz)。

然而，由于所述碳纳米管膜14与所述基底12直接贴合，减小了碳纳米管膜14与周围介质的接触面积，且由碳纳米管膜14所产生而用以发声的热量大部分均被基底12所吸收，降低了发声装置10的发声效果；同时，由于所述的碳纳米管膜14是通过自有的粘性直接与所述两个电极16接触，因此该碳纳米管膜14与该两个电极16的电连接效果有待改善，进而用以提高整个发声装置10的发声效果。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种有效提高发声效果的碳纳米管发声装置。

一种发声装置，其包括：一基底；一第一电极和一第二电极，该第一电极和第二电极间隔设置于所述基底；一发声元件，该发声元件为一碳纳米管结构，该碳纳米管结构与该第一电极及该第二电极电连接；其中，该发声装置进一步包括一导电粘结层，该导电粘结层设置于所述第一电极和第二电极的表面，所述发声元件固定于该导电粘结层，且该导电粘结层渗入该发声元件，该发声元件相对该基底悬空设置，且该发声元件与所述的基底之间具有一距离。

与现有技术相比较，所述发声装置通过将发声元件固定于所述的导电粘结层中，从而可保证发声元件与所述的第一电极和第二电极具有良好的电连接性；另外，由于发声元件与基底悬空设置，使其之间具有一距离，因此该发声元件与周围介质具有充分的热交换，可将其内部产生用以发声的热量迅速传导给周围介质，故有效提升了该发声装置的发声效果。

附图说明

图1是现有技术中一种发声装置的剖面图。

图2是本发明第一实施例提供的发声装置的剖面图。

图3是本发明第二实施例提供的发声装置的剖面图。

图4是本发明第二实施例提供的发声装置的俯视图。

图5是本发明第三实施例提供的发声装置的剖面图。

图6是本发明第三实施例提供的发声装置的俯视图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例提供的发声装置。

请参阅图2，本发明第一实施例提供一种发声装置20，该发声装置20包括一基底21、一第一电极22、一第二电极23、一导电粘结层24、以及一发声元件25。

所述第一电极22和第二电极23间隔设置于所述基底21。所述导电粘结层24设置于该第一电极22和该第二电极23的表面，所述发声元件25固定于该第一电极22的导电粘结层24和第二电极23的导电粘结层24，该导电粘结层24渗入该发声元件25，且该发声元件25通过所述导电粘结层24与所述的第一电极22和第二电极23电连接。该发声元件25相对该基底21悬空设置，且该发声元件25与第一电极22、第二电极23、导电粘结层24、基底21共同形成一空间P，使该发声元件25与基底21之间具有一距离，优选为，该距离小于等于10毫米，本实施例中，该距离为20微米。

所述基底21主要起承载该第一电极22与该第二电极23的作用，同时对所述发声元件25具有一定的保护作用。该基底21的形状与大小不限，材料为绝缘材料或导电性差的材料，例如玻璃、树脂或陶瓷等。优选地，该基底21的材料应具有较好的绝热性能，从而防止该发声元件25产生的热量过多被该基底21吸收，而导致无法加热周围介质达到发声的目的。本实施例中，所述基底21为一正方形的玻璃板，其边长为17厘米，厚度为1毫米。

所述第一电极22与第二电极23平行且间隔一定距离设置，该发声装置20通过该第一电极22和第二电极23与一外部电路电连接。该第一电极22与第二电极23可通过螺栓连接或粘结剂粘结等方式固定于基底21。另外，该发声装置20进一步可包括至少两个定位元件(图未示)设置于基底21，用以限制该第一电极22与该第二电极23于基底21的一特定位置。该两个定位元件可分别为形成于基底21的一凹槽，该第一电极22与该第二电极23则部分容置其中而达到定位的目的。

所述第一电极22与第二电极23可为丝状、层状、棒状、条状、块状或其它形状，其横截面的形状可为圆形、方形、梯形、三角形、多边形或其它不规则形状。该第一电极22与第二电极23材料可选择为金属、合金或铟锡氧化物(ITO)等，优选为金属丝。本实施例中，该第一电极22与该第二电极23为不锈钢丝，该不锈钢丝的直径为20微米。

所述第一电极22与第二电极23的高度会影响到该发声元件25与基底21之间的距离，该第一电极22与第二电极23的高度越大，则该发声元件25与第一电极22、第二电极23、导电粘结层24以及基底21所形成的空间P越大，使得该发声元件25与空气或其它外界介质具有充分的热交换，进而可在一定程度上改善所述发声装置20的发声效果。同时，发声元件25与基底21保持一定距离更有利于加快发声元件25自身热量的散发，另外，也防止发声元件25的热量被基底21过多吸收，造成基底21损坏以及影响发声元件25的发声效果。

所述导电粘结层24的材料为导电浆料或导电胶，该导电浆料或导电胶的主要成份均包括金属颗粒、粘结剂和溶剂等，所述的金属颗粒可以为金颗粒、银颗粒或铝颗粒等。本实施例中，所述导电粘结层24的材料优选为银导电浆料，即该导电浆料中的金属颗粒为银颗粒。该导电粘结层24是通过将所述的导电浆料涂敷于所述的第一电极22与第二电极23形成的。

所述发声元件25包括一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜、多个碳纳米管线或一碳纳米管膜与碳纳米管线的复合结构。所述碳纳米管结构的厚度(线状结构时即为线状结构的直径)为0.5纳米～1毫米。所述碳纳米管结构的单位面积热容可小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文。优选地，所述碳纳米管结构的单位面积热容小于1.7×10^-6焦耳每平方厘米开尔文。所述碳纳米管结构中的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。

另外，还可进一步地使用有机溶剂对所述铺设于导电粘结剂层24的碳纳米管结构进行处理。具体地，该有机溶剂为挥发性有机溶剂，可选用乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等，优选为乙醇。该使用有机溶剂处理的步骤可通过试管将有机溶剂滴落于碳纳米管结构，或将整个碳纳米管结构浸入盛有有机溶剂的容器中。经过处理后的碳纳米管结构无粘性，且具有良好的机械强度及韧性。

所述碳纳米管膜通过拉取一碳纳米管阵列直接获得，该碳纳米管膜包括多个沿同一方向择优取向排列的碳纳米管，且该碳纳米管之间通过范德华力首尾相连。

所述碳纳米管结构除了由单个碳纳米管膜构成外，也可包括多个重叠设置的碳纳米管膜。由多个重叠设置的碳纳米管膜组成的碳纳米管结构相对由单个碳纳米管膜组成的碳纳米管结构具有更高的强度，因此，可确保该碳纳米管结构不被破坏或改变。由于单个碳纳米管膜的透光性佳，在本实施例中，为保持碳纳米管结构具有较好的透光性，所述碳纳米管结构中的碳纳米管膜的个数小于等于4个。

另外，当单个碳纳米管膜的宽度不能满足实际应用的要求时，可以将多个碳纳米管膜无间隙共面设置，形成一具有更大宽度的碳纳米管膜，以便于实际应用。

本实施例中，所述作为发声元件25的碳纳米管结构包括四个重叠设置的碳纳米管膜，其中，相邻两个碳纳米管膜中碳纳米管的排列方向为垂直交叉设置，且其中至少一个碳纳米管膜中碳纳米管的排列方向垂直于第一电极22与第二电极23的排列方向。所述碳纳米管结构的长度和宽度为12厘米，厚度为100纳米。由四个碳纳米管膜构成的碳纳米管结构可保持该发声元件25具有较好的透光性。

所述发声元件25的工作介质不限，只需满足其电阻率大于所述发声元件25的电阻率即可。所述介质包括气态介质或液态介质。所述气态介质可为空气。所述液态介质包括非电解质溶液、水及有机溶剂等中的一种或多种。所述液态介质的电阻率大于0.01欧姆·米，优选地，所述液态介质为纯净水。纯净水的电导率可达到1.5×10⁷欧姆·米，且其比热容也较大，可以传导出发声元件25产生的热量，从而可对发声元件25进行散热。

为使所述发声元件25部分嵌入到所述导电粘结层24，当该导电粘结层24的材料例如银导电浆料涂敷于该第一电极22和该第二电极23且未发生固化时，将该发声元件25铺设于该银导电浆料中。由于此时所述的银导电浆料呈液态，且包括碳纳米管结构的发声元件25中的多个碳纳米管之间存在间隙，因此该银导电浆料浸入到该碳纳米管结构的间隙中，通过之后的固化过程该银导电浆料形成导电粘结层24，而发声元件25的部分则嵌入到该导电粘结层24中。

所述方法为保证所述的发声元件25的部分浸入所述的导电粘结层24中，可进一步包括对已铺设在银导电浆料的碳纳米管结构施加一压力，如利用一吹风装置对该碳纳米管结构吹风，产生的风压使银导电浆料充分浸入到该碳纳米管结构中，然后固化该银导电浆料形成导电粘结层24，使该发声元件25嵌入到该导电粘结层24。

所述发声装置20的发声元件25包括碳纳米管结构，该碳纳米管结构由均匀分布的碳纳米管组成，该碳纳米管具有较大的比表面积，且该碳纳米管结构为层状或线状，因此，该碳纳米管结构具有较大的比表面积、较小的单位面积热容和较大的散热面积。在输入信号后，发声元件25可迅速升降温，产生周期性的温度变化，并和周围介质快速进行热交换，使周围介质的密度周期性地发生改变，进而发出声音。故本实施例中，所述发声元件25的发声原理为“电-热-声”的转换。由于碳纳米管结构具有一定的透光性，所以，该发声装置20为一透明发声装置。

本实施例提供的发声装置20的声压级大于每瓦50分贝，发声频率范围为1赫兹至10万赫兹(1Hz-100kHz)。所述发声装置20在500赫兹至4万赫兹频率范围内的失真度可小于3％。另外，本实施例中的碳纳米管结构具有较好的韧性和机械强度，所以碳纳米管结构可方便地制成各种形状和尺寸的发声装置20，该发声装置20可方便地应用于各种可发声的器件中，如音响、手机、MP3、MP4、电视、计算机等可发声的器件中。

请参阅图3及图4，本发明第二实施例提供一种发声装置30。该发声装置30包括一基底31、多个第一电极32、多个第二电极33、一导电粘结层34、一发声元件35、一第一导电元件37及一第二导电元件38。

本实施例中，所述基底31为一正方形的玻璃板，其边长为17厘米，厚度为1毫米。

在本实施例中，该发声装置30包括四个第一电极32和四个第二电极33，该四个第一电极32与第二电极33相互平行且等间距交替设置于所述基底31。所述第一电极32与第二电极33为不锈钢丝，该不锈钢丝通过粘结剂设置于基底31。每个第一电极32与第二电极33的长度均为14厘米，直径为20微米。

所述第一电极32与第二电极33的数量不限于本实施例。该第一电极32与第二电极33的数量及距离与所述基底31的大小有关。所述各个相邻的第一电极32与第二电极33之间的距离可以相等也可以不相等。优选地，各个相邻的第一电极32与第二电极33之间的距离相等。该距离优选为10微米～3厘米。在本实施例中，相邻的第一电极32与第二电极33之间的距离为1.7厘米。

所述导电粘结层34设置于该第一电极32和该第二电极33的至少一表面，本实施例中，该导电粘结层34为银导电浆料。

所述发声元件35铺设于该第一电极32的导电粘结层34和第二电极33的导电粘结层34。该发声元件35相对该基底31悬空设置，并且该发声元件35与第一电极32、第二电极33、导电粘结层34、基底31共同形成多个空间P’，该多个空间P’提供发声元件35有效发声。

该发声元件35的部分嵌入所述的导电粘结层34，且该发声元件35通过所述导电粘结层34与所述的第一电极32和第二电极33电连接，该发声元件35与基底31之间的距离为20微米，且不限于20微米，也可以大于20微米或小于20微米。该发声元件35包括一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括四个重叠设置的碳纳米管膜，其中，相邻两个碳纳米管膜中碳纳米管的排列方向为垂直交叉设置，且其中至少一个碳纳米管膜中碳纳米管的排列方向垂直于第一电极32与第二电极33的排列方向。所述碳纳米管结构的长度和宽度为12厘米，厚度为100纳米。

所述第一导电元件37与所述发声装置30的四个第一电极32连接，使四个第一电极32与该第一导电元件37电连接，所述第二导电元件38与所述发声装置30的四个第二电极33连接，使四个第二电极33与该第二导电元件38电连接。发声装置30通过该第一导电元件37和第二导电元件38与外部电路电连接。

请参阅图5及图6，本发明第三实施例提供一种发声装置40，该发声装置40包括一基底41、多个间隔体46、多个第一电极42、多个第二电极43、一导电粘结层44、一发声元件45、一第一导电元件47及一第二导电元件48。

所述间隔体46相互平行且间隔设置于所述基底41，且该间隔体46在基底41的位置与所述第一电极42和第二电极43的位置相对。该间隔体46分别通过粘结剂粘结或螺栓连接等方式固定于所述基底41和所述的第一电极42及第二电极43之间。

所述多个第一电极42和多个第二电极43通过所述的间隔体46设置于所述基底41，该多个第一电极42和多个第二电极43相互平行且等间距交替设置于所述基底41。

所述导电粘结层44分别设置于该第一电极42和该第二电极43的至少一表面，所述发声元件45铺设于该第一电极42的导电粘结层44和第二电极43的导电粘结层44。该发声元件45相对该基底41悬空设置，并且该发声元件45与第一电极42、第二电极43、导电粘结层44、基底41共同形成多个空间P”，该发声元件45的部分嵌入所述的导电粘结层44，且该发声元件45通过所述导电粘结层44与所述的第一电极42和第二电极43电连接。该发声元件45与基底41之间的距离等于20微米，且不限于20微米，也可以大于20微米或小于20微米。

本实施例中，所述基底41、第一电极42、第二电极43、发声元件45及导电粘结层44的材料、形状及数量均与第三实施例相同。

所述间隔体46的数量与第一电极42和第二电极43的总数相同，该间隔体46可以为任意结构，该间隔体46与第一电极42和第二电极43的结构可以相同，也可以不同。该间隔体46的材料可以为导电材料也可以为绝缘材料，导电材料包括金属、合金、导电浆料、导电胶或铟锡氧化物等，绝缘材料包括玻璃、树脂或陶瓷等。本实施例中，该间隔体46的材料为玻璃。该间隔体46的高度不限，若所述第一电极42和第二电极43的高度较小，设置该具有一定高度的间隔体46可进一步将该第一电极42和第二电极43垫高，从而使所述的发声元件45与基底41之间的距离变大，以确保所述发声元件45与基底41之间具有足够的空间P”，从而使发声元件45与空气或其它外界介质具有充分的热交换，进而可在一定程度上改善所述发声装置40的发声效果。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims

1.一种发声装置，其包括：

一基底；

一第一电极和一第二电极，该第一电极和第二电极间隔设置于所述基底；

一发声元件，该发声元件为一碳纳米管结构,该碳纳米管结构与该第一电极及该第二电极电连接；

其特征在于，该发声装置进一步包括一导电粘结层，该导电粘结层设置于所述第一电极和第二电极的表面，所述发声元件固定于该导电粘结层，且该导电粘结层渗入该发声元件，该发声元件相对该基底悬空设置，且该发声元件与所述的基底之间具有一距离。

2.如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述的发声元件与所述基底之间的距离小于等于10毫米。

3.如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述发声装置包括多个第一电极及多个第二电极，该多个第一电极与该多个第二电极交替间隔设置。

4.如权利要求3所述的发声装置，其特征在于，所述多个第一电极及多个第二电极相互平行。

5.如权利要求4所述的发声装置，其特征在于，每个相邻的所述第一电极和第二电极之间的距离相等。

6.如权利要求5所述的发声装置，其特征在于，所述相邻的第一电极和第二电极之间的距离为10微米至3厘米。

7.如权利要求3所述的发声装置，其特征在于，该发声装置进一步包括一第一导电元件及一第二导电元件，所述第一导电元件与所述多个第一电极电连接，所述第二导电元件与所述多个第二电极电连接。

8.如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述第一电极和第二电极的形状分别为丝状、层状、棒状、条状或块状。

9.如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述第一电极与第二电极横截面的形状分别为圆形、方形、梯形、三角形或不规则形状。

10.如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述第一电极与第二电极的材料分别为金属、合金或铟锡氧化物。

11.如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述第一电极与第二电极分别为金属丝。

12.如权利要求11所述的发声装置，其特征在于，所述金属丝的直径大于等于20微米。

13.如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述导电粘结层渗入所述碳纳米管结构的两侧。

14.如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述导电粘结层的材料为导电浆料或导电胶。

15.如权利要求14所述的发声装置，其特征在于，所述导电浆料或导电胶的成份包括金属颗粒、粘结剂和溶剂。

16.如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜、多个碳纳米管线或一碳纳米管膜与碳纳米管线的复合结构。

17.如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述发声装置进一步包括至少两个间隔体，该至少两个间隔体分别相对该第一电极及该第二电极设置于所述基底与所述第一电极及第二电极之间。

18.如权利要求17所述的发声装置，其特征在于，所述间隔体的材料为绝缘材料。

19.如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述发声装置进一步包括至少两个定位元件,该至少两个定位元件设置于该基底,分别限制该第一电极与该第二电极的位置。

20.如权利要求19所述的发声装置，其特征在于，所述该至少两个定位元件为形成于该基底的凹槽。