TW201605718A - 熱致發聲裝置及其製備方法 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種熱致發聲裝置，包括基底、第一電極、第二電極、至少兩個相互間隔的支撐元件及第一奈米碳管膜，該第一電極與第二電極相互間隔的設置在該基底的表面，該至少兩個相互間隔的支撐元件並分別設置在該第一電極與該第二電極的表面，該第一奈米碳管膜通過該至少兩個支撐元件的支撐而部分懸空設置，該支撐元件將該第一奈米碳管膜分別與該第一電極及該第二電極電連接，該支撐元件包括複數個併排設置的奈米碳管，該複數個奈米碳管基本垂直於該基底的表面。本發明還涉及一種熱致發聲裝置的製備方法。

Description

熱致發聲裝置及其製備方法

本發明涉及一種熱致發聲裝置及其製備方法。

熱致發聲裝置是一種基於熱聲效應的發聲裝置。范守善等人於文獻“Flexible, Stretchable, Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers”，ShouShan Fan, et al., Nano Letters, Vol.8 (12), 4539-4545 (2008)中公開了一種基於奈米碳管的熱致發聲裝置，採用奈米碳管膜作為熱致發聲元件，該奈米碳管膜具有極大的比表面積及極小的單位面積熱容（小於2×10^-4 焦耳每平方釐米開爾文），可將其內部產生的熱量迅速傳導給周圍介質。因此，在音頻電訊號的作用下，該奈米碳管膜可迅速升降溫，並和周圍介質迅速發生熱交換，周圍介質的密度亦隨之發生變化，進而通過介質分子運動發出聲波，即該奈米碳管膜的發聲原理為“電-熱-聲”的轉換。該奈米碳管膜可發出人耳能夠聽到強度的聲音，且具有較寬的發聲頻率範圍(100Hz~100kHz)。

然而，熱致發聲裝置優選是使該奈米碳管膜懸空設置，從而充分的與周圍空氣介質發生熱交換，因此需要在該奈米碳管膜的局部位置設置支撐元件。這種支撐元件在小尺寸發聲晶片領域可通過刻蝕矽基底等工藝實現，而矽刻蝕工藝較為複雜，成本較高。

有鑒於此，確有必要提供一種熱致發聲裝置及其製備方法，能夠簡單的製備小尺寸發聲裝置。

一種熱致發聲裝置，包括基底、第一電極、第二電極、至少兩個相互間隔的支撐元件及第一奈米碳管膜，該第一電極與第二電極相互間隔的設置在該基底的表面，該至少兩個相互間隔的支撐元件並分別設置在該第一電極與該第二電極的表面，該第一奈米碳管膜通過該至少兩個支撐元件的支撐而部分懸空設置，該支撐元件將該第一奈米碳管膜分別與該第一電極及該第二電極電連接，該支撐元件包括複數個併排設置的奈米碳管，該複數個奈米碳管基本垂直於該基底的表面。

一種熱致發聲裝置的製備方法，包括以下步驟：提供一熱致發聲裝置的基底；在該熱致發聲裝置的基底表面形成所述第一電極及第二電極；將奈米碳管陣列從生長基底轉移至熱致發聲裝置的基底，並覆蓋該第一電極及第二電極，該奈米碳管陣列靠近該熱致發聲裝置的基底的表面為第二表面，遠離該熱致發聲裝置的基底的表面為第一表面，該奈米碳管陣列的形態能夠使得一第二奈米碳管膜可以從該奈米碳管陣列中連續地拉出，該第二奈米碳管膜包括複數個首尾相連的奈米碳管；通過在奈米碳管陣列的該第一表面進行鐳射刻蝕，將該奈米碳管陣列劃分為兩部分，分別為保留區域和去除區域，該保留區域為覆蓋該第一電極及第二電極的區域，該去除區域為第一電極及第二電極之外的區域；通過從該去除區域拉取第二奈米碳管膜的方式去除該去除區域中的奈米碳管，並保留該保留區域的奈米碳管，從而在該第一電極及第二電極上分別形成支撐元件；以及將第一奈米碳管膜鋪設在該支撐元件表面，通過該支撐元件部分懸空設置。

相較於先前技術，本發明通過將原始的奈米碳管陣列從生長基底轉移至發聲裝置的基底，並保持該奈米碳管陣列仍具有能夠拉取奈米碳管膜的性能，通過拉取奈米碳管膜的方式去除奈米碳管陣列中的部分奈米碳管，從而形成支撐元件，該支撐元件可以做到極小的尺寸，因此可以代替刻蝕矽基底工藝，使該熱致發聲裝置可以用於發聲晶片中。

圖1為本發明實施例提供的熱致發聲裝置的側視示意圖。

圖2為本發明實施例從奈米碳管陣列中拉取獲得的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。

圖3為本發明實施例從奈米碳管陣列中拉取獲得奈米碳管膜的結構示意圖。

圖4為本發明施例提供的熱致發聲裝置的製備方法的側視示意圖。

圖5為本發明施例提供的熱致發聲裝置的製備方法的俯視示意圖。

圖6為本發明一實施例提供的奈米碳管陣列的轉移方法的側視示意圖。

圖7為本發明另一實施例提供的奈米碳管陣列的轉移方法的側視示意圖。

圖8為本發明另一實施例提供的奈米碳管陣列的轉移方法的側視示意圖。

以下將結合附圖對本發明的熱致發聲裝置及其製備方法作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，本發明提供一種熱致發聲裝置100，包括基底30、第一電極90、第二電極92、至少兩個支撐元件80及第一奈米碳管膜40。該第一電極90與第二電極92均設置在該基底30的同一表面302，並相互間隔設置。該至少兩個支撐元件80相互間隔，分別設置在該第一電極90與該第二電極92的表面。該第一奈米碳管膜40設置在該至少兩個支撐元件80的表面，通過該至少兩個支撐元件80的支撐而部分懸空設置。該支撐元件80為導電元件，將該第一奈米碳管膜40分別與該第一電極90及該第二電極92電連接。該支撐元件80包括複數個併排設置的奈米碳管，該複數個奈米碳管基本垂直於該基底30的表面302。

該基底30可以為硬質基底或柔性基底，材料不限，可以為金屬、玻璃、石英、矽、二氧化矽、塑膠或樹脂，如聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二酯或聚二甲基矽氧烷(PDMS)。優選地，該基底30為絕緣基底。當該基底30由導電材料製成時，該基底30與該第一電極90及該第二電極92之間進一步設置有絕緣層，通過絕緣層與該第一電極90及該第二電極92絕緣設置。

該第一電極90及第二電極92由導電性較好的材料製成，可選擇為金屬、導電聚合物、導電膠、金屬性奈米碳管或銦錫氧化物（ITO）等。該第一電極90及第二電極92分別與該第一奈米碳管膜40電連接，以使該第一奈米碳管膜40接入一音頻電訊號。該第一電極90及第二電極92的形狀及結構不限。優選地，該第一電極90及第二電極92為條帶形的電極層，相互間可基本平行設置。該第一電極90及第二電極92的長度優選為大於或等於該第一奈米碳管膜40的寬度，厚度優選為1微米~1毫米，寬度優選為5微米~1毫米。

可以理解，該熱致發聲裝置100可以包括複數個第一電極90及複數個第二電極92，相互間隔設置。相鄰的兩個第一電極90之間設置有一個第二電極92，相鄰的兩個第二電極92之間設置有一個第一電極90。

該至少兩個支撐元件80可具有與該第一電極90及該第二電極92基本對應的形狀。優選地，該支撐元件80也可以為條形結構，相互之間可基本平行設置。該支撐元件80的長度優選為大於或等於該第一奈米碳管膜40的寬度，高度優選為10微米~5毫米。該支撐元件80通過圖案化奈米碳管陣列形成，包括複數個相互之間通過凡得瓦力結合的奈米碳管。該支撐元件80的高度即為奈米碳管陣列的高度，即奈米碳管的長度。該支撐元件80的寬度最小可以為幾微米，優選為5微米~1毫米。由於奈米碳管具有優異的導電性，且基本垂直於該第一電極90及第二電極92，因此該支撐元件80可以與該第一電極90及該第二電極92形成電連接。

該支撐元件80的數量與該第一電極90與第二電極92的數量之和相等，也就是每個第一電極90和第二電極92上均設置有一個支撐元件80。

該第一奈米碳管膜40包括首尾相連的奈米碳管，是由複數個奈米碳管通過凡得瓦力相互結合並首尾相連形成的宏觀結構。該第一奈米碳管膜40為自支援結構，設置在該至少兩個支撐元件80表面，通過該支撐元件80支撐。兩個支撐元件80之間的第一奈米碳管膜40懸空設置。該第一奈米碳管膜40與該支撐元件80之間電連接，該支撐元件80中的奈米碳管與該第一奈米碳管膜40基本垂直，在該第一奈米碳管膜40與該第一電極90及第二電極92之間形成電導通。在工作時，從第一電極90輸入的電訊號通過一支撐元件80傳導至該第一奈米碳管膜40，然後從另一支撐元件80傳導至第二電極92。該第一奈米碳管膜40包括複數個奈米碳管基本沿相同方向延伸並基本平行於該第一奈米碳管膜40的表面。該第一奈米碳管膜40的寬度方向與該複數個奈米碳管的延伸方向垂直。

該第一奈米碳管膜40為熱致發聲元件，能夠將通過第一電極90及第二電極92輸入的電訊號轉換為熱訊號，通過加熱周圍空氣介質發出聲波。具體地，該第一奈米碳管膜40具有較小的單位面積熱容（優選為小於2×10^-4 焦耳每平方釐米開爾文），使該第一奈米碳管膜40可以將輸入的電能迅速轉換為熱能，根據輸入的電訊號迅速升降溫。並且，該第一奈米碳管膜40具有較大比表面積及較小的厚度，從而能夠和周圍氣體介質迅速發生熱交換，根據電訊號的變化即時的加熱周圍氣體介質，促使周圍氣體介質分子運動，氣體介質密度隨之發生變化，進而形成與加熱頻率對應的聲波。

該第一奈米碳管膜40優選為從一奈米碳管陣列中連續地拉出而得，包括複數個首尾相連的奈米碳管。請參閱圖2及圖3，在該第一奈米碳管膜40中奈米碳管為沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向是指在第一奈米碳管膜40中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於該第一奈米碳管膜40的表面。進一步地，所述第一奈米碳管膜40中多數奈米碳管是通過凡得瓦力首尾相連。具體地，所述第一奈米碳管膜40中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連，從而使該第一奈米碳管膜40能夠實現自支撐。當然，所述第一奈米碳管膜40中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對第一奈米碳管膜40中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。進一步地，所述第一奈米碳管膜40可包括複數個連續且定向排列的奈米碳管片段。該複數個奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管片段包括複數個相互平行的奈米碳管，該複數個相互平行的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合。另外，所述第一奈米碳管膜40中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可以適當的偏離延伸方向。因此，不能排除第一奈米碳管膜40的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部分接觸而部分分離的情況。實際上，該第一奈米碳管膜40具有較多間隙，即相鄰的奈米碳管之間具有間隙，使該第一奈米碳管膜40可以具有較好的透明度。然而，相鄰奈米碳管之間接觸的部分以及首尾相連的奈米碳管之間連接的部分的凡得瓦力已經足夠維持該第一奈米碳管膜40整體的自支持性。該第一奈米碳管膜40的厚度約為0.5奈米至100微米，優選為0.5奈米至10微米。

所述自支撐是該第一奈米碳管膜40不需要大面積的載體支撐，而只要一邊或相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀，即將該第一奈米碳管膜40置於（或固定於）間隔一定距離設置的兩個支撐元件80上時，位於兩個支撐元件80之間的第一奈米碳管膜40能夠懸空保持自身膜狀。所述自支撐主要通過第一奈米碳管膜40中存在連續的通過凡得瓦力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。

請參閱圖4及圖5，本發明提供一種熱致發聲裝置100的製備方法，包括以下步驟：

S1，提供一熱致發聲裝置100的基底30，具有表面302；

S2，在該表面302形成所述第一電極90及第二電極92；

S3，將奈米碳管陣列10從生長基底20轉移至熱致發聲裝置100的基底30，並覆蓋該第一電極90及第二電極92，該奈米碳管陣列10靠近該基底30的表面為第二表面104，遠離該基底30的表面為第一表面102，該奈米碳管陣列10的形態能夠使得一第二奈米碳管膜42可以從該奈米碳管陣列10中連續地拉出，該第二奈米碳管膜42包括複數個首尾相連的奈米碳管；

S4，通過在奈米碳管陣列10的該第一表面102進行鐳射刻蝕，將該奈米碳管陣列10劃分為兩部分，分別為保留區域12和去除區域14，該保留區域12為覆蓋該第一電極90及第二電極92的區域，該去除區域14為第一電極90及第二電極92之外的區域；

S5，通過從該去除區域14拉取第二奈米碳管膜42的方式去除該去除區域14中的奈米碳管，並保留該保留區域12的奈米碳管，從而在該第一電極90及第二電極92上分別形成支撐元件80；以及

S6，將所述第一奈米碳管膜40鋪設在該支撐元件80表面，通過該支撐元件80部分懸空設置。

在該步驟S2中，該第一電極90及第二電極92可以通過塗覆、印刷、沈積和刻蝕、電鍍或化學鍍等方式在該表面302形成。

請參閱圖6，在該步驟S3中，該奈米碳管陣列10通過如下步驟轉移至該基底30：

S31，提供一生長基底20，該生長基底20的表面202具有奈米碳管陣列10，該奈米碳管陣列10的形態能夠使得一第二奈米碳管膜42可以從該奈米碳管陣列10中連續地拉出；及

S32，將該奈米碳管陣列10從該生長基底20轉移至該基底30的表面302，並保持該奈米碳管陣列10的形態仍能夠使該第二奈米碳管膜42從該奈米碳管陣列10中連續地拉出。

該第二奈米碳管膜42與所述第一奈米碳管膜40具有相同的結構，但可以是從不同的奈米碳管陣列中拉出，也就是說該第二奈米碳管膜42是從用於製造支撐元件80的奈米碳管陣列10中拉出，而該第一奈米碳管膜40可以是從另外的奈米碳管陣列中拉出。

該奈米碳管陣列10為通過化學氣相沈積的方法生長在該生長基底20的表面202。該奈米碳管陣列10中的奈米碳管基本彼此平行且垂直於生長基底20表面202，相鄰的奈米碳管之間相互接觸並通過凡得瓦力相結合。通過控制生長條件，該奈米碳管陣列10中基本不含有雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。由於基本不含雜質且奈米碳管相互間緊密接觸，相鄰的奈米碳管之間具有較大的凡得瓦力，足以使在拉取一些奈米碳管（奈米碳管片段）時，能夠使相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力的作用被首尾相連，連續不斷的拉出，由此形成連續的自支撐的宏觀膜狀結構，即第二奈米碳管膜42。這種能夠使奈米碳管首尾相連的從其中拉出的奈米碳管陣列10也稱為超順排奈米碳管陣列。該生長基底20的材料可以為P型矽、N型矽或氧化矽等適合生長超順排奈米碳管陣列的基底。所述能夠從中拉取奈米碳管膜40, 42的奈米碳管陣列的製備方法已為眾多前案公開，例如可參閱馮辰等人在2008年8月13日公開的中國專利申請CN101239712A。

將該奈米碳管陣列10從該生長基底20轉移至該基底30的表面302這一過程中，該奈米碳管陣列10的形態應基本得到保持，得以在轉移至該基底30後，仍能夠使該第二奈米碳管膜42從中連續地拉出為準，也就是仍保持為一超順排奈米碳管陣列。該奈米碳管陣列10倒立設置於該基底30表面302。也就是該奈米碳管陣列10包括一第一表面102及與該第一表面102相對的第二表面104。奈米碳管從生長基底20的表面202長出，形成奈米碳管陣列10，奈米碳管靠近該生長基底20的一端為底端，遠離生長基底20的一端為頂端。在該生長基底20上，該第一表面102由該奈米碳管陣列10中所有奈米碳管的底端共同形成，該第二表面104由該奈米碳管陣列10中所有奈米碳管的頂端共同形成，該奈米碳管陣列10的第一表面102靠近或設置在該生長基底20的表面202，為奈米碳管陣列10的生長底端，該第二表面104為遠離該生長基底20的表面，為奈米碳管陣列10的生長頂端。當該奈米碳管陣列10轉移至該基底30後，該奈米碳管陣列10的第二表面104靠近或設置在該基底30的表面302，該第一表面102為遠離該基底30的表面302。

在一實施例中，所述步驟S12，將該奈米碳管陣列10從該生長基底20轉移至該基底30的步驟可以包括以下步驟：

A121，將該基底30的表面302接觸該奈米碳管陣列10遠離該生長基底20的該第二表面104；以及

A122，通過移動該基底30與該生長基底20中的至少一方，使該基底30與該生長基底20相遠離，從而使該奈米碳管陣列10與該生長基底20分離，並轉移至該基底30。

所述步驟A121及A122可以在常溫下進行。在該步驟A121及A122中，應保持該奈米碳管陣列10的形態仍能夠使該第二奈米碳管膜42可以從該奈米碳管陣列10中連續地拉出。為了使奈米碳管陣列10在轉移至該基底30後，仍然能夠拉取第二奈米碳管膜42，該基底30的表面302與該奈米碳管陣列10的第二表面104之間可以僅通過凡得瓦力結合，並且使該基底30與該奈米碳管陣列10之間的結合力(F_BC )小於該奈米碳管陣列10中奈米碳管間的凡得瓦力(F_CC )。然而，該基底30的表面302與該奈米碳管陣列10之間的結合力(F_BC )應大於該生長基底20的表面202與該奈米碳管陣列10之間的結合力(F_AC )，才能使該奈米碳管陣列10可以從該生長基底20分離，轉移至該基底30，即F_AC <F_BC <F_CC 。在該轉移過程中，該基底30的表面302僅通過與奈米碳管陣列10的第二表面104之間僅通過接觸產生的結合力，如凡得瓦力，使奈米碳管陣列10與生長基底20分離。為了使F_AC <F_BC <F_CC ，該基底30的表面可以具有合適的表面能，並且該基底30的表面與該奈米碳管陣列10之間可以具有合適的介面能，從而可以使基底30能夠僅通過接觸即與該奈米碳管陣列10之間產生足夠的結合力，如凡得瓦力，使奈米碳管陣列10能夠從生長基底20上拉離。因此，通過選擇合適的材料製造該基底30，至少是作為該基底30的表面，可以使該基底30僅通過與奈米碳管陣列10的第二表面104之間的接觸產生的結合力，如凡得瓦力，使奈米碳管陣列10與生長基底20分離。該基底30的表面302可以為一平整表面。在一實施例中，該基底30的材料為PDMS。

在一實施例中，當基底30的材料能夠提供的結合力(F_BC )較小，可以在該基底30的表面302設置複數個微結構，從而增大該表面302的表面積，從而在基底30材料不變的條件下提高該結合力(F_BC )，使F_AC <F_BC <F_CC 。該微結構可以為在該基底30表面302的凸起或凹陷，微結構的數量使該基底30的表面302的表面積比平滑表面增加30%~120%。該基底30具有微結構的表面302充分的與該奈米碳管陣列10接觸，通過該微結構的設置，可以使該表面304具有較大的吸附力，以提高FBC。因此，該基底30並不限於採用PDMS，也可以是其他常規的基底材料。該微結構可以通過光刻、鐳射刻蝕或化學刻蝕等方法獲得。

可以理解，該基底30並非通過黏結劑粘附該奈米碳管陣列10，通過普通的黏結劑雖然能夠使F_AC <F_BC ，而使奈米碳管陣列10能夠脫離該生長基底20，但由於奈米碳管陣列10中奈米碳管間的凡得瓦力極小，因此幾乎任何傳統意義上的黏結劑均會造成F_BC >F_CC ，使後續的拉取第二奈米碳管膜42的步驟無法進行。在該步驟A121~A122中，該基底30始終保持固態。

在該步驟A121中，為了使該基底30的表面302與該奈米碳管陣列10中的所有奈米碳管的頂端得到充分的接觸，可以通過該基底30輕微的對該奈米碳管陣列10施加壓力。然而該基底30並非是將該奈米碳管陣列10中的奈米碳管壓倒，否則將改變奈米碳管陣列10的形態，使其無法再進行拉膜或拉線。

在一實施例中，可以在該基底30與該生長基底20之間設置一間隔裝置22，通過該間隔裝置保持該基底30的表面302與該生長基底20的表面202之間的間隔距離不致過小，避免使奈米碳管陣列10被壓倒。

在該步驟A122中，在使該奈米碳管陣列10與該生長基底20分離的過程中，該奈米碳管陣列10中的所有奈米碳管優選為同時脫離該生長基底20，也就是該基底30與該生長基底20中的至少一方的移動方向為垂直於該生長基底20的奈米碳管生長表面，使該奈米碳管陣列10中的奈米碳管沿該奈米碳管的生長方向脫離該生長基底20。當該基底30與該生長基底20均發生移動時，兩者的移動方向均垂直於該生長基底20的奈米碳管生長表面。

在該步驟A121~A122中，該奈米碳管陣列10先受到朝向該生長基底20方向的壓力，再受到朝向該基底30的拉力。

請參閱圖7，在另一實施例中，所述步驟S12，將該奈米碳管陣列10從該生長基底20轉移至該基底30的步驟可以包括以下步驟：

B121，將該基底30設置在該奈米碳管陣列10的第二表面104，並使該基底30與該奈米碳管陣列10的第二表面104之間具有液態介質60；

B122，使位於該基底30與該奈米碳管陣列10的第二表面104之間的液態介質60固化變為固態介質60’；

B123，通過移動該基底30與該生長基底20中的至少一方，使該基底30與該生長基底20相遠離，從而使該奈米碳管陣列10與該生長基底20分離，並轉移至該基底30；以及

B124，通過升溫去除位於該基底30與該奈米碳管陣列10之間的固態介質60’。

在該步驟B124中，去除固態介質60’後該奈米碳管陣列10維持該形態使該第二奈米碳管膜42仍能夠從該奈米碳管陣列10中連續地拉出。

在該步驟B121中，該液態介質60可以以細微的液滴或液膜的形態設置在該奈米碳管陣列10的第二表面104上。該液態介質60可以為水或低分子量有機溶劑，如乙醇、丙酮或甲醇，該液態介質60的量應較小，避免滲入奈米碳管陣列10的內部對奈米碳管陣列的形態造成影響。優選地，該液態介質60選擇為不與奈米碳管潤濕的液體，如水。該奈米碳管陣列10的第二表面104的液態介質60的液滴的直徑以及液膜的厚度可以分別為10奈米~300微米。該基底30與該奈米碳管陣列10的第二表面104分別與中間的液態介質60接觸。可以理解，在該步驟B121中仍然保持該奈米碳管陣列10的形態為能夠使第二奈米碳管膜42從中連續地拉出，該基底30儘量不對該奈米碳管陣列10施加壓力，即使施加壓力，該壓力也應較小，控制在不時奈米碳管陣列10的形態發生改變而無法連續地拉出第二奈米碳管膜42為準，例如不使奈米碳管陣列10中的奈米碳管發生傾倒。

在一實施例中，該步驟B121可以包括以下步驟：在該奈米碳管陣列10的第二表面104形成一層液態介質60；以及將該基底30的表面接觸該具有液態介質60的第二表面104。具體可以將液態介質60形成液滴或霧化，噴灑在該奈米碳管陣列10的該第二表面104，也就是在該生長基底20的奈米碳管陣列10的頂面。

在另一實施例中，該步驟B121可以包括以下步驟：在該基底30的表面形成一層液態介質60；以及將該基底30具有液態介質60的表面接觸該奈米碳管陣列10的第二表面104。具體地，可以將液態介質60形成液滴或霧化，噴灑在該基底30的表面。

在該步驟B122中，位於該基底30與奈米碳管陣列10之間的液態介質60固化變成固態介質60’，具體可以使通過降溫至該固態介質60的凝固點以下，由於該基底30與奈米碳管陣列10均與液態介質60接觸，液態介質60固化後將該基底30與奈米碳管陣列10較為牢固的結合在一起。為使結合更為牢固，該基底30的材料優選為與該液態介質60潤濕。

具體地，在一實施例中，可以將該基底30、液態介質60、奈米碳管陣列10及生長基底20的層疊結構放入低溫箱70中降溫至凝固點以下。該低溫箱70可以為冰箱的冷凍室。

請參閱圖8，在另一實施例中，當該步驟B121中將液態介質60設置在該奈米碳管陣列10的第二表面104時，在該步驟B122中可以先將基底30的溫度降至凝固點以下，再將具有凝固點以下溫度的基底30接觸該奈米碳管陣列10具有液態介質60的第二表面104。例如可以先將該基底30在低溫箱70中凝固點以下放置一段時間再取出。該基底30的溫度可以直接使該第二表面104的液態介質60變為固態介質60’，而無需將該層疊結構再放入低溫箱70。

在該步驟B123中，該奈米碳管陣列10通過與該基底30的結合與該生長基底20分離。優選地，該奈米碳管陣列10中的所有奈米碳管同時脫離該生長基底20，也就是該基底30與該生長基底20中的至少一方的移動方向為垂直於該生長基底20的奈米碳管生長表面，使該奈米碳管陣列10中的奈米碳管沿該奈米碳管的生長方向脫離該生長基底20。當該基底30與該生長基底20均發生移動時，兩者的移動方向均垂直於該生長基底20的奈米碳管生長表面。

在該步驟B124中，該升溫步驟可以使固態介質60’融化成液態介質60並乾燥或直接將該固態介質60’昇華，從而得到去除。該去除過程不影響該奈米碳管陣列10的形態。由於固態介質60’的厚度較小，去除後奈米碳管陣列10直接與該基底30的表面接觸並通過凡得瓦力結合。

可以理解，在上述步驟B121~B124的整個過程中，該奈米碳管陣列10的形態應基本得到保持，以使在去除固態介質60’後該第二奈米碳管膜42仍能從該奈米碳管陣列10中連續地拉出為準。

本實施例在轉移的過程中通過固態介質60’增強奈米碳管陣列10與基底30之間的結合力，使奈米碳管陣列10可以與該生長基底20分離，並在拉取第二奈米碳管膜42前將固態介質60’去除，使奈米碳管陣列10與基底30之間的結合力減小到可以使第二奈米碳管膜42從中連續地拉出。因此該基底30的材料不限，可以為常見的剛性基底或彈性基底。

請看回圖4及圖5該步驟S4進一步包括：通過鐳射刻蝕在該奈米碳管陣列10的第一表面102形成刻蝕槽106。聚焦的雷射光束照射在該奈米碳管陣列10的第一表面102，奈米碳管被鐳射照射後溫度升高，空氣中的氧氣會氧化鐳射照射到的奈米碳管，使被鐳射照射的奈米碳管燒毀，從而去除該部分奈米碳管。該雷射光束的掃描路線可預先由電腦設定，可在奈米碳管陣列10的第一表面102形成複雜的刻蝕圖案。所用的雷射光束的功率可以為2瓦~50瓦，鐳射掃描速度可以為0.1毫米/秒~10000毫米/秒，所述雷射光束的寬度可以為1微米~400微米。本實施例中，該雷射光束通過YAG雷射器發射，波長為1.06微米，功率為3.6瓦，鐳射掃描速度為100毫米/秒。

該刻蝕槽106的深度可以小於或等於該奈米碳管陣列10的高度，優選為0.5微米~10微米。該刻蝕槽106的寬度最小可以為1微米。該刻蝕槽106的寬度和深度主要保證有效分離保留區域12和去除區域14中的奈米碳管，降低奈米碳管之間的凡得瓦力，從而在後續拉取去除區域14中的奈米碳管時不致使保留區域12中的奈米碳管也被拉出。該刻蝕槽106的長度可以較長，在該奈米碳管陣列10的第一表面102形成線狀圖案，劃分出保留區域12和去除區域14。

該保留區域12與去除區域14是按照設置在該基底30的表面302上的第一電極90及第二電極92的位置劃分的。也就是可先將第一電極90與第二電極92的位置輸入電腦程式，作為控制刻蝕槽106形成位置的依據。

在該步驟S5中，由於該被轉移至基底30上的奈米碳管陣列10中仍可以拉取獲得第二奈米碳管膜42，因此可以通過從該去除區域14拉取第二奈米碳管膜42的方式去除該去除區域14中的奈米碳管。由於該刻蝕槽106使保留區域12與去除區域14的奈米碳管之間的凡得瓦力減小，當拉取至去除區域14邊緣時第二奈米碳管膜42會因凡得瓦力較弱而自動與奈米碳管陣列10分離，因此拉取去除區域14的奈米碳管不會影響保留區域12，從而在基底30表面僅留該保留區域12，得到該支撐元件80。

該步驟S5與傳統的奈米碳管拉膜步驟的區別是，該第二奈米碳管膜42是從轉移至該基底30並且經過鐳射刻蝕形成的奈米碳管陣列10的去除區域14中拉取，而非從直接在生長基底20表面的奈米碳管陣列10中進行拉取。在優選的實施例中，該第二奈米碳管膜42是從倒立的設置在該基底30表面的奈米碳管陣列10中進行拉取，也就是從奈米碳管陣列10的原來的生長底部進行拉取。所述步驟S5具體包括以下步驟：S51，從該去除區域14中通過拉取工具50選定一奈米碳管片段；S52，通過移動該拉取工具50拉取該選定的奈米碳管片段，從而首尾相連的拉出複數個奈米碳管片段，進而形成一連續的第二奈米碳管膜42。

在該步驟S51中，可採用具有一定寬度的膠帶或黏性基條接觸該去除區域14以選定具有一定寬度的一奈米碳管片段。在該步驟S52中，該選定的奈米碳管片段的拉取方向與該奈米碳管陣列10中奈米碳管的生長方向呈一不為0的角度a，優選為30度~90度。

上述步驟A122及B123有別於步驟S5，步驟A122及B123的目的是使奈米碳管陣列10整體脫離該生長基底20，脫離後仍保持陣列10的形態。而在步驟S5的目的是從去除區域14中拉取第二奈米碳管膜42，因此並非使去除區域14整體脫離基底30，而是先使一小部分奈米碳管，如奈米碳管片段，脫離基底30，再由該拉出的奈米碳管片段帶動相鄰的奈米碳管片段被首尾相連的拉出，即陸續脫離基底30。

在該步驟S6中，該第一奈米碳管膜40被鋪設在該支撐元件80表面，由至少兩個支撐元件80支撐，從而在該兩個支撐元件80之間懸空設置。

本技術方案通過將奈米碳管陣列10轉移至基底30，並保持該奈米碳管陣列10仍具有拉膜性能，通過在奈米碳管陣列10第一表面102形成刻蝕槽106，使去除區域14與保留區域12分離，在通過拉取第二奈米碳管膜42的方式區域去除區域14的奈米碳管。這種方式避免了直接通過鐳射刻蝕所有去除區域14時由於去除區域14面積太大而難以去除完全，效率較低的缺點，更為節能環保且操作簡便。通過將轉移至基底30的奈米碳管陣列10進行圖案化並拉取奈米碳管膜，可以形成精細而小尺寸的支撐元件80，因此該熱致發聲裝置100可以具有較小的尺寸，例如可以製成熱聲晶片，應用於耳機、手機等小尺寸可擕式電子設備中。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧奈米碳管陣列

12‧‧‧保留區域

14‧‧‧去除區域

102‧‧‧第一表面

104‧‧‧第二表面

106‧‧‧刻蝕槽

20‧‧‧生長基底

202‧‧‧生長基底的表面

30‧‧‧熱致發聲裝置的基底

302‧‧‧熱致發聲裝置的基底的表面

40‧‧‧第一奈米碳管膜

42‧‧‧第二奈米碳管膜

50‧‧‧拉取工具

60‧‧‧液態介質

60’‧‧‧固態介質

70‧‧‧低溫箱

80‧‧‧支撐元件

90‧‧‧第一電極

92‧‧‧第二電極

100‧‧‧熱致發聲裝置

無

100‧‧‧熱致發聲裝置

30‧‧‧熱致發聲裝置的基底

40‧‧‧第一奈米碳管膜

80‧‧‧支撐元件

90‧‧‧第一電極

92‧‧‧第二電極

302‧‧‧熱致發聲裝置的基底的表面

Claims (15)

1. 一種熱致發聲裝置，包括基底、第一電極、第二電極及第一奈米碳管膜，該第一電極與第二電極相互間隔的設置在該基底的表面，其改進在於，該熱致發聲裝置進一步包括至少兩個相互間隔的支撐元件，並分別設置在該第一電極與該第二電極的表面，該第一奈米碳管膜通過該至少兩個支撐元件的支撐而部分懸空設置，該支撐元件將該第一奈米碳管膜分別與該第一電極及該第二電極電連接，該支撐元件包括複數個併排設置的奈米碳管，該複數個奈米碳管基本垂直於該基底的表面。
2. 如請求項1所述的熱致發聲裝置，其中，該支撐元件為奈米碳管陣列。
3. 如請求項2所述的熱致發聲裝置，其中，該奈米碳管陣列的形態能夠使第二奈米碳管膜從該奈米碳管陣列中連續地拉出，該奈米碳管膜包括複數個首尾相連的奈米碳管。
4. 如請求項2所述的熱致發聲裝置，其中，該奈米碳管陣列是從奈米碳管陣列生長基底轉移至所述熱致發聲裝置的基底。
5. 如請求項1所述的熱致發聲裝置，其中，該第一奈米碳管膜為熱致發聲元件，能夠將電訊號轉換為熱訊號，通過加熱周圍空氣介質發出聲波。
6. 一種熱致發聲裝置的製備方法，包括以下步驟：
   提供一熱致發聲裝置的基底；
   在該熱致發聲裝置的基底表面形成所述第一電極及第二電極；
   將奈米碳管陣列從生長基底轉移至熱致發聲裝置的基底，並覆蓋該第一電極及第二電極，該奈米碳管陣列靠近該熱致發聲裝置的基底的表面為第二表面，遠離該熱致發聲裝置的基底的表面為第一表面，該奈米碳管陣列的形態能夠使得一第二奈米碳管膜可以從該奈米碳管陣列中連續地拉出，該第二奈米碳管膜包括複數個首尾相連的奈米碳管；
   通過在奈米碳管陣列的該第一表面進行鐳射刻蝕，將該奈米碳管陣列劃分為兩部分，分別為保留區域和去除區域，該保留區域為覆蓋該第一電極及第二電極的區域，該去除區域為第一電極及第二電極之外的區域；
   通過從該去除區域拉取第二奈米碳管膜的方式去除該去除區域中的奈米碳管，並保留該保留區域的奈米碳管，從而在該第一電極及第二電極上分別形成支撐元件；以及
   將第一奈米碳管膜鋪設在該支撐元件表面，通過該支撐元件部分懸空設置。
7. 如請求項6所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，該奈米碳管陣列通過如下步驟轉移至該熱致發聲裝置的基底的表面：
   提供所述生長基底，該生長基底表面具有該奈米碳管陣列；
   將該熱致發聲裝置的基底的表面接觸該奈米碳管陣列遠離該生長基底的表面；以及
   通過移動該熱致發聲裝置的基底與該生長基底中的至少一方，使該熱致發聲裝置的基底與該生長基底相遠離，從而使該奈米碳管陣列與該生長基底分離，並轉移至該熱致發聲裝置的基底，同時保持該奈米碳管陣列的形態能夠使該奈米碳管膜得以從該奈米碳管陣列中連續地拉出。
8. 如請求項6所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，該奈米碳管陣列通過如下步驟轉移至該熱致發聲裝置的基底的表面：
   提供所述生長基底，該生長基底表面具有該奈米碳管陣列，該奈米碳管陣列靠近該生長基底的表面為第一表面，遠離該生長基底的表面為第二表面；
   將該熱致發聲裝置的基底設置在該奈米碳管陣列的第二表面，並使該熱致發聲裝置的基底與該奈米碳管陣列的第二表面之間具有液態介質；
   使位於該熱致發聲裝置的基底與該奈米碳管陣列的第二表面之間的液態介質固化變為固態介質；
   通過移動該熱致發聲裝置的基底與該生長基底中的至少一方，使該熱致發聲裝置的基底與該生長基底相遠離，從而使該奈米碳管陣列與該生長基底分離，並轉移至該熱致發聲裝置的基底，同時保持該奈米碳管陣列的形態能夠使該奈米碳管膜得以從該奈米碳管陣列中連續地拉出；以及
   通過升溫去除位於該熱致發聲裝置的基底與該奈米碳管陣列之間的固態介質。
9. 如請求項8所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，該使該熱致發聲裝置的基底與該奈米碳管陣列的第二表面之間具有液態介質的步驟包括：
   在該奈米碳管陣列的第二表面形成一層液態介質；以及
   將該熱致發聲裝置的基底的表面接觸該具有液態介質的第二表面。
10. 如請求項9所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，使位於該熱致發聲裝置的基底與該奈米碳管陣列的第二表面之間的液態介質變為固態介質的步驟包括以具有凝固點以下溫度的熱致發聲裝置的基底接觸該具有液態介質的第二表面。
11. 如請求項8所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，該使該熱致發聲裝置的基底與該奈米碳管陣列的第二表面之間具有液態介質的步驟包括：
    在該熱致發聲裝置的基底的表面形成一層液態介質；以及
    將該熱致發聲裝置的基底具有液態介質的表面接觸該奈米碳管陣列的第二表面。
12. 如請求項8所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，使位於該熱致發聲裝置的基底與該奈米碳管陣列的第二表面之間的液態介質變為固態介質的步驟包括將該熱致發聲裝置的基底、液態介質、奈米碳管陣列及生長基底的層疊結構放入低溫箱中降溫至凝固點以下。
13. 如請求項8所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，該液態介質為水，該固態介質為冰。
14. 如請求項8所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，該在奈米碳管陣列的該第一表面進行鐳射刻蝕的步驟形成刻蝕槽。
15. 如請求項8所述的熱致發聲裝置的製備方法，其中，該刻蝕槽的深度小於或等於該奈米碳管陣列的高度。