声电转换部件及应用其的充电装置和声音信号采集器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种声电转换部件及应用其的充电装置和声音信号采集器。该声电转换部件包括：上膜层，包括：上电极层，其表面分布有多个微通孔；下膜层，结合于上膜层的下方，包括：高分子中间层，由绝缘高分子材料制备；以及下电极层，形成于高分子中间层的表面，与上电极层绝缘；其中，上膜层和下膜层相邻的部分由位于摩擦电极序不同位置的材料制备，上膜层和下膜层相邻的部分可相对运动。本发明直接将声音信号转换为电信号，避免了额外的声学共振腔，从而极大地提高了空间利用效率以及单位体积上的能量输出，在充电装置和声音信号采集器中具有潜在的应用价值。
【专利说明】
声电转换部件及应用其的充电装置和声音信号采集器
技术领域
[0001]本发明涉及电子学技术领域，尤其涉及一种声电转换部件及应用其的充电装置和声音信号采集器。
【背景技术】
[0002]严重的能源短缺已经成为制约人类社会发展的瓶颈。人们一直在寻求新的能源形式。日常生活中到处充斥着诸如说话、音乐以及环境噪音等形式的声音能量，但这些海量的声音能量却没有得到有效利用而白白流失。造成这一遗憾的重要原因就是对于声音这种能量密度较低的能源形式缺乏高效的能量采集技术。
[0003]目前的声音能量采集技术主要基于压电效应、静电效应以及摩擦起电效应等原理。但现有的基于不同原理的声电转换部件均存在响应灵敏度较低的毛病，大量低密度的声音能量通过空气阻尼等其它途径耗散而不能转化为电能。因此，传统上往往要通过增加额外的声学共振腔来回收和富集声音能量，从而提高器件附近的能量密度。随之而来的是体积比功率密度小、器件结构复杂、材料要求高、难以柔性化、便携性差、安装困难等系列技术问题。
[0004]在实现本发明的过程中，
【申请人】意识到:要实现声音能量采集技术的真正普及化，就需要减少空气阻尼等其它形式的能量耗散，提高声电转换部件的响应下限，最终实现无共振腔结构的声电转换部件。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种声电转换部件及应用其的充电装置和声音信号采集器，以提高器件的体积比功率密度，简化器件结构。
[0007]( 二)技术方案
[0008]根据本发明的一个方面，提供了一种声电转换部件。该声电转换部件包括:上膜层，包括:上电极层10，其表面分布有多个微通孔；下膜层，结合于所述上膜层的下方，包括:高分子中间层20，由绝缘高分子材料制备；以及下电极层40，形成于所述高分子中间层20的表面，与所述上电极层10绝缘；其中，所述上膜层和下膜层相邻的部分由位于摩擦电极序不同位置的材料制备，所述上膜层和下膜层相邻的部分可相对运动。
[0009]根据本发明的一个方面，提供了一种充电装置。该录音器包括:上述声电转换部件，其中，上电极层10和下电极层10作为该充电装置的电能输入端。
[0010]根据本发明的一个方面，提供了一种声音信号采集器。该声音信号采集器包括:上述声电转换部件，其中，上电极层10和下电极层10作为该声音信号采集器两信号输入端。
[0011](三)有益效果
[0012]从上述技术方案可以看出，本发明声电转换部件及应用其的充电装置和声音信号采集器具有以下有益效果:
[0013](I)直接将声音信号转换为电信号，避免了额外的声学共振腔，从而极大地提高了空间利用效率以及单位体积上的能量输出，实现声音能量的高效回收和采集；
[0014](2)应用上述声电转换部件的充电器，结构简单，极大提高了便携性能，可以便利的安装在手机、MP3等电子设备上以及各种户外墙体或者地铁通道上；
[0015](3)应用上述声电转换部件的声音信号采集器，不需要额外供电即可产生于现有技术兼容的电流或电压信号，运用现有的信号处理技术即可还原出原声音；此外，器件可以采用纸质材料作为基底，不仅轻便环保，而且还可以弯曲成高度对称的形状，从而极大降低了探头输出对声音入射角度的依赖性，特别适合于户外活动、舞台录音，野外考察等场合。
【附图说明】
[0016]图1为根据本发明第一实施例声电转换部件的结构示意图；
[0017]图2为根据本发明实施例声电转换部件的各层组合方式的示意图；
[0018]图3为本发明对比实验中塑料基底上不同截面形状微通孔的示意图；
[0019]图4为本发明对比实验中玻璃基底上不同微通孔分布的示意图；
[0020]图5为本发明对比实验中采用纸质基底上电极层的声电转换部件的频率响应曲线；
[0021]图6为图1所示声电转换部件工作原理的示意图；
[0022]图7为根据本发明第五实施例声音信号采集器中圆筒状声电转换部件的制备过程不意图。
[0023]【主要元件符号说明】
[0024]10-上电极层；
[0025]11-不导电基底；12-导电材料；
[0026]20-高分子中间层；
[0027]30-振动腔；
[0028]40下电极层。
【具体实施方式】
[0029]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
[0030]本发明提供了一种将声音能量直接转化为电能的新型器件，极大地提高了空间利用效率以及单位体积上的能量输出，实现声音能量的高效回收和采集。
[0031]在本发明的第一个示例性实施例中，提供了一种声电转换部件。图1为根据本发明实施例声电转换部件的结构示意图。如图1所示，本实施例声电转换部件包括:上膜层和下膜层。其中，上膜层包括:上电极层10，其表面分布有多个微通孔。下膜层结合于上膜层的下方，包括:高分子中间层20，由绝缘高分子材料制备；以及下电极层40，形成于高分子中间层20的表面，并与上电极层10绝缘。其中，上膜层和下膜层相邻的部分由位于摩擦电极序不同位置的材料制备，上膜层和下膜层相邻的部分可相对运动。
[0032]以下分别对本实施例声电转换部件的各个组成部分进行详细说明。
[0033]本实施例中，下电极层40沉积在高分子中间层20的背面。上电极层10是在不导电基底11表面包覆导电材料12构成的复合结构，上电极层10朝向高分子中间层20的正面，上膜层和下膜层相邻的部分为导电材料12和高分子中间层20，如图2中(I)所示。其中，该导电材料12既可以是氧化铟锡、氟掺杂锡氧化物等导电氧化物，也可以是铝、铜、镍、金、银、钛、铁、铬等金属及其合金材料。当制备此复合结构时，首先在不导电基底上制备微通孔结构，而后在微通孔结构上沉积导电材料。需要注意的是，沉积的导电材料不能将不导电基底上的微通孔结构堵死。
[0034]本发明中，上电极层10还可以是由导电材料直接构成的单层结构。在制备此类上电极层时，直接在导电材料上制备微通孔结构即可，如图2中(II)所示。
[0035]此外，本发明中，在上电极层10为在不导电基底11表面包覆导电材料12构成的复合结构的情况下，下电极层40还可以沉积在高分子中间层20的正面，不导电基底11朝向所述下电极层40。此时，上膜层和下膜层相邻的部分为不导电基底11和所述下电极层40，如图2中(III)所示。
[0036]与单层结构的上电极层相比，本实施例采取复合结构将有效减少导电材料的使用量从而降低成本。此外，如果采用氧化铟锡、氟掺杂锡氧化物等透明导电氧化物材料，器件还可以兼具透明的优点，从而更好地将能量采集与显示、光电以及建筑采光等应用结合起来。
[0037]如上所述，本实施例中，上电极层10是在不导电基底11表面包覆导电材料12构成的复合结构。该不导电基底11可以是塑料、橡胶、树脂、纸、布、丝绸等有机材料，也可以是石材，石膏、混凝土、氧化铝、氧化硅，玻璃等无机材料，还可以是有机/无机复合材料。
[0038]本实施例中，上电极层10是分布有许多微通孔的薄板或柔性薄膜。该上电极层10的厚度介于ΙΟμπι?1mm之间，其上排布的微通孔的孔径分布在10nm?1mm之间，孔心间距在10nm?1mm之间，孔的截面形状可以是圆形、椭圆形、三角形、多边形、弧形以及长条形，还可以是不同形状孔的任意组合。
[0039]本实施例中，高分子中间层的厚度在500nm?500 μπι之间，其材料选自于以下材料中的一种或多种的组合:树脂、塑料、橡胶、纸、布、丝绸、无机氧化物以及有机/无机复合材料。上电极层10下表面与高分子中间层20之间构成一个或多个非常薄的振动腔30。
[0040]为了改善电信号输出，在高分子中间层20朝向上电极层10的一侧，还可以包覆厚度在Inm?10 μπι之间的无机半导体材料，如娃、氮化镓、II1-V族半导体、石墨稀、半导体金属氧化物。或半导体金属硫化物等。该无机半导体材料用来增强输出以及调节器件对环境中热、光、气氛等的耐受能力。
[0041]请参照图1，在高分子中间层20的背面，形成有下电极层40。该下电极层40可以是一层厚度在50-200nm的金属，直接沉积在弹性或柔性高分子中间层20表面。沉积下电极层后的高分子中间层整体上呈柔性。
[0042]在下文将会分别讨论不导电基底材料、导电材料厚度、微通孔形状、微通孔分布、微通孔孔径、微通孔孔径率等因素对器件性能的影响。
[0043]为了验证上电极层10中不导电基底11对声电转换部件性能的影响，
【申请人】做了一系列的对比实验。通过激光切割在0.1mm厚的不同材质基底上分别钻出孔径均为0.4mm,孔心距均为0.8mm的圆孔阵列，并在其上沉积80nm厚的铜，制成具有复合结构的上电极层。基底材料包括塑料、纸、橡胶以及压塑复合薄膜。作为对比，通过冲压成型制备了具有相同孔结构分布的多孔铜箔。然后，在0.2mm厚的聚四氟乙烯薄膜上沉积50nm厚的铜，制得下膜层，并将其与上电极层一起组装为系列器件。测试发现，不同器件均能有效的将声音信号转化为电信号。其中，纸质基底的器件响应频率范围最宽，器件响应的频率边沿达1000Hz以上。在250Hz，114dB的声学条件下，开路电压达48V，短路电流达3.6mA/m2，如图5所示。在800ΚΩ的外部负载下，峰值功率输出达lkW/m3。此处，纸质材料的主要成分可以是天然植物纤维、碳纤维、玻璃纤维、人工合成塑料纤维、有机\无机复合纤维。采用纸质材料作为上电极层的基底，器件不仅将被赋予轻便、柔性、廉价、环保等额外优点，其还可以被弯曲为曲面状、波浪状，锥状以及圆筒状结构。
[0044]为了验证上电极层10中导电层厚度对声电转换部件性能的影响，
【申请人】做了一系列的对比实验。通过激光切割在不同厚度塑料基底上分别钻出孔径均为0.5mm，孔心距均为0.8mm的圆孔阵列，并在其上沉积80nm厚的铜，制成具有复合结构的上电极层。依次改变导电材料厚度为0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.5mm，1mm、5mm，可得到一系列上电极层。然后，在
0.25mm厚的聚四氟乙烯薄膜上沉积50nm厚的铬，制得具有下电极层的高分子中间层，并将其与上电极层一起组装为系列器件。测试发现，不同器件均能有效的将声音信号转化为电信号。其中，随上电极层厚度减小，器件响应的频率范围变宽。当厚度为0.0lmm时，器件响应的频率边沿达IlOOHz以上。同时，器件在最大频率响应点的输出随厚度增加而先增强后降低。当厚度为Imm时，在250Hz，114dB的声学条件下，开路电压达72V，短路电流达8.5mA/
m2o
[0045]为了验证具有不同形状的微通孔对声电转换部件性能的影响，
【申请人】做了一系列的对比实验。通过激光切割在1.5_厚的不同塑料基底上分别钻出具有不同截面形状的微通孔阵列，如图3所示，并在其上沉积50nm厚的铝，制成具有复合结构的上电极层。其中，孔隙率均为28%，平均有效孔径均为0.2mm，依次改变小孔截面形状为圆形、三角形、正方形以及弧形，可得到一系列上电极层。然后，在0.08mm厚的聚四氟乙烯薄膜上沉积50nm厚的铜，制得下膜层层，并将其与上电极层一起组装为系列器件。测试发现，不同器件均能有效的将声音信号转化为电信号。其中，均匀分布的圆孔电极输出性能最优，在250Hz，114dB的声学条件下，开路电压达65V，短路电流达6.8mA/m2。
[0046]为了验证微通孔分布对声电转换部件性能的影响，
【申请人】做了一系列的对比实验。通过激光烧蚀在Imm厚的不同玻璃基底上分别钻出直径0.5mm，孔心间距1mm的圆孔阵列，并在其上沉积10nm厚的铟锡氧化物，制成具有复合结构的上电极层。如图4所示，电极中心保留一定大小的圆形区域，其中没有钻孔。改变该圆形区域占整个电极表面的比例依次为70%、50%、45%、30%、20%、10%、0%，可得到一系列上电极层。然后，在0.02mm厚的聚偏氟乙烯薄膜上沉积50nm厚的铟锡氧化物，制得下膜层，并将其与上述上电极层一起组装为系列器件。所得器件透光性良好。为测试发现，不同器件均能有效的将声音信号转化为电信号。其中，随上电极层上无孔圆形区域面积减小，器件输出增强，当圆形区域所占比例为O %时，在250Hz，114dB的声学条件下，开路电压达56V，短路电流达4.9mA/m2。
[0047]为了验证微通孔孔径对声电转换部件性能的影响，
【申请人】做了一系列的对比实验。通过模板浇筑的方法制备出0.2mm厚的系列塑料基底，其上分布有不同孔径的圆孔阵列。通过物理气相沉积包覆10nm厚的铜，制成具有复合结构的上电极层。控制孔隙率均为30%,依次改变孔径大小为 0.001mm.0.005mm、0.01mm.0.05mm.0.lmm、0.2mm、0.3mm，0.5mm、1mm，可得到一系列上电极层。然后，在0.5mm厚的聚四氟乙稀薄膜上沉积50nm厚的镍，制得下膜层，并将其与上电极层一起组装为系列器件。测试发现，不同器件均能有效的将声音信号转化为电信号。其中，随上电极层孔径减小，器件输出先增强后降低，当孔径为0.2mm时，在250Hz，114dB的声学条件下，开路电压达60V，短路电流达7.8mA/m2。
[0048]为了验证微通孔的孔隙率对声电转换部件性能的影响，
【申请人】做了一系列的对比实验。通过激光切割在0.8mm厚的不同酚醛树脂基底上分别钻出孔心距均为1mm的圆孔阵列，并在其上沉积10nm厚的铜，制成具有复合结构的上电极层。依次改变控制孔隙率均为从15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%，可得到一系列上电极层。然后，在0.3mm厚的聚四氟乙烯薄膜上沉积50nm厚的镍，制得下膜层，并将其与上电极层一起组装为系列器件。测试发现，不同器件均能有效的将声音信号转化为电信号。其中，随上电极层孔隙率减小，器件输出先增强后降低，当孔隙率为20%时，在250Hz，114dB的声学条件下，开路电压达58V，短路电流达6.5mA/m2。
[0049]请参照图1，上膜层和下膜层之间形成一个或多个振动腔(30)，该振动腔(30)通过上电极层(10)表面的微通孔与外界连通。
[0050]以下介绍本实施例声电转换部件的工作原理。图2为图1所示声电转换部件的详细原理图。如图6中(A)所示，没有空气进入振动腔30时，上电极层10与高分子中间层20接触，两者的接触面积最大，由于两种材料对电子的亲和力不同，更多的电子从上电极层10转移到高分子中间层20中，导致上电极层10带正电荷，高分子中间层20带负电荷。如图6中(B)所示，声压作用使空气进入振动腔30，上电极层10与高分子中间层20分离，引起内部电偶极的变化，从而驱动电子从高分子中间层背面的下电极层40，经由外部负载流向上电极层10，直到上电极层10与高分子中间层20分离度达到最大。如此周而复始，在外部负载上形成周期性的电荷信号输出。
[0051]需要说明的是，在上电极层10与高分子中间层20接触时，两者之间其实可以完全接触，也可以有一定间隙，只要间隙不超过20 μπι以上就可以实现本发明，无论是否有间隙都会有信号，只是间隙的大小会对信号的波形产生一定的影响。
[0052]本实施例与传统声音能量采集技术相比，结构简单，避免了额外的声学共振腔，从而提高了空间利用效率以及单位体积上的能量输出，极大提高声电转换部件的便携性能，可以便利的安装在手机、MP3等电子设备上以及各种户外墙体或者地铁通道上，实现声音能量的高效回收和采集。
[0053]本实施例提供的声电转换部件，所述上膜层和下膜层可以均采用透明材料层，可以设置在玻璃等处，在利用声音能量的同时还不影响光线透过。
[0054]在本发明的第二个示例性实施例中，还提供了一种声电转换部件。在制备该声电转换部件时，通过激光切割在0.1mm厚的聚酯塑料基底上钻出孔径均为0.4mm，孔心距均为
0.8mm的圆孔阵列，并在其上沉积10nm厚的铟锡氧化物，制成具有复合结构的上电极层。然后，在0.2mm厚的聚偏氟乙烯薄膜上沉积10nm厚的铟锡氧化物，制得具有下电极层的高分子中间层，并将其与上述上电极层一起组装为声电转换部件。
[0055]将该声电转换部件安装在建筑窗户玻璃上，采集环境噪音以及室内人声中的声音能量，电信号由上电极层和下电极层输出。测试发现，器件可以有效地将声音能量转化为电信号输出，器件输出电压可达1.8V以上。
[0056]在本发明的第二个示例性实施例中，还提供了一种充电装置。该充电装置包括:一结构如前
【发明内容】
所述的声电转换部件。其中，该声电转换部件的上电极层和下电极层作为该充电装置的电能输出端。
[0057]在制备声电转换部件时，通过激光切割在0.1mm厚的纸质基底上钻出孔径均为
0.4mm，孔心距均为0.8mm的圆孔阵列，并在其上沉积10nm厚的铜，制成具有复合结构的上电极层。然后，在0.2mm厚的聚四氟乙烯薄膜上沉积10nm厚的铜，制得下膜层，并将其与上电极层一起组装为声电转换部件。
[0058]本实施例中，储能元件为一电容，该电容的两电极分别连接至声电转换部件的上电极层及下电极层。
[0059]将本实施例充电装置安装在某品牌的智能手机后盖，采集在通过手机谈话、播放音乐等过程中的声音能量。测试发现，该声电转换部件可以有效采集不同形式的声音能量，所采集的电能可以在12秒内将电容充电至1.8V以上。
[0060]在本发明的第四个示例性实施例中，还提供了一种声音信号采集器。该声音信号采集器包括:一结构如第一实施例所述的声电转换部件。其中，该声电转换部件的上电极层及下电极层作为声音信号采集器的两信号输出端。
[0061]本实施例中，通过激光切割在0.1mm厚的纸质基底上钻出孔径均为0.4mm，孔心距均为0.8mm的圆孔阵列，并在其上沉积10nm厚的铝，制成具有复合结构的上电极层。然后，在0.2mm厚的聚偏氟乙烯薄膜上沉积500nm厚的半导体氧化钛纳米管阵列，在其背面沉积10nm厚的铜，制得下膜层，并将其与上电极层一起组装为声电转换部件。
[0062]测试发现，该声音信号采集器可以在无须外部电源供电的条件下输出随外部声音频率以及幅度变化的电信号，其短路电流的对数与声压级成正比，短路电流的变化频率与外部声波一致。在50dB的声压条件下，也可以输出明显的电信号。通过现有的电子测量以及信号处理技术可以轻松地将其还原为声音播放。
[0063]本实施例声音信号采集器在不需要外部电源额外供电的情况下产生随外部声波频率以及幅值大小变化的电荷信号，简化了器件结构，节约了能源。此外，利用纸质材料作为基底，不仅轻便环保，而且降低了成本。
[0064]在本发明的第五个示例性实施例中，还提供了一种声音信号采集器。该声音信号采集器包括:一卷成圆筒状的声电转换部件。其中，该声电转换部件的上电极层及下电极层作为声音信号采集器的信号输出端。
[0065]在制备声电转换部件时，通过激光切割在0.1mm厚的纸质基底上钻出孔径均为
0.4mm，孔心距均为0.8mm的圆孔阵列，并在其上沉积10nm厚的招，制成具有复合结构的上电极层。然后，将上电极层弯曲为圆筒状并粘接固定。在0.2mm厚的聚偏氟乙烯薄膜上沉积10nm厚的镍，制得具有下电极层的高分子中间层，并将其与上电极层一起组装为如图7所示的圆筒状声电转换部件。进行组装时，上电极层和高分子中间层之间可以有空隙也可以没有空隙，信号的波形会有差异，但不会影响到信号的有无。
[0066]此外，上电极层和高分子中间层之间可以有一很薄的垫层。两者之间的间隙可以通过增加垫层以及改变柔性高分子中间层的绷紧度来调节，从而保证上电极层与下膜层之间的间隙不超过20微米以上。
[0067]测试发现，该声音信号采集器可以在无须外部电源供电的条件下输出随外部声音频率以及幅度变化的电信号。通过现有的电子测量以及信号处理技术可以轻松地将其还原为声音播放。器件输出不随外部声源方位变化而变化，其对声音入射角度的依赖性极低。
[0068]本实施例中，利用纸质材料作为基底，不仅轻便环保，而且还可以弯曲成高度对称的形状，从而极大降低了声音信号采集器输出对声音入射角度的依赖性，特别适合于户外活动、舞台录音，野外考察等场合。
[0069]至此，已经结合附图对本发明多个实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明声电转换部件及应用其的充电装置和声音信号采集器有了清楚的认识。
[0070]此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如:
[0071](I)器件还可以针对不同的应用场合，弯曲成圆筒、半圆、波浪形，喇叭形等不同形式，并粘贴或固定在其它声学腔壁上，进一步提高声音的采集效率；
[0072](2)该器件的多孔电极也可以用在其它腔体的壳壁上钻孔来代替；
[0073](3)除了空气之外，进入振动腔内的气体还可以是其他气体，例如:氮气、氧气、氦气或惰性气体。
[0074]综上所述，本发明提供一种新式的结构。该结构能够将声音能量进行收集，能够利用收集的能量为设备充电。此外，该结构还能够在不需要外部电源额外供电的情况下产生随外部声波频率以及幅值大小变化的电荷信号，从而实现对声音信号的收集。该结构可以广泛应用于各类的电子设备，具有广阔的应用前景。
[0075]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种声电转换部件，其特征在于，包括: 上膜层，包括:上电极层(10)，其表面分布有多个微通孔； 下膜层，结合于所述上膜层的下方，包括:高分子中间层(20)，由绝缘高分子材料制备；以及下电极层(40)，形成于所述高分子中间层(20)的表面，与所述上电极层(10)绝缘； 其中，所述上膜层和下膜层相邻的部分由位于摩擦电极序不同位置的材料制备，所述上膜层和下膜层相邻的部分可相对运动。2.根据权利要求1所述的声电转换部件，其特征在于: 所述上电极层(10)包括:由导电材料(12)构成的单层结构； 所述下电极层(40)形成于所述高分子中间层(20)的背面，所述上电极层(10)朝向所述高分子中间层(20)的正面； 其中，所述上膜层和下膜层相邻的部分为所述导电材料(12)和所述高分子中间层(20)ο3.根据权利要求1所述的声电转换部件，其特征在于，所述上电极层(10)包括:不导电基底(11)，以及包覆其表面的导电材料(12); 所述下电极层(40)形成于所述高分子中间层(20)的背面，所述上电极层(10)朝向所述高分子中间层(20)的正面； 其中，所述上膜层和下膜层相邻的部分为所述导电材料(12)和所述高分子中间层(20)ο4.根据权利要求1所述的声电转换部件，其特征在于，所述上电极层(10)包括:不导电基底(11)，以及包覆其表面的导电材料(12); 所述下电极层(40)形成于所述高分子中间层(20)的正面，所述不导电基底(11)朝向所述下电极层(40); 其中，所述上膜层和下膜层相邻的部分为所述不导电基底(11)和所述下电极层(40)。5.根据权利要求2至4中任一项所述的声电转换部件，其特征在于，所述下电极层(40)和所述导电材料(12)为金属材料、合金材料或导电氧化物材料。6.根据权利要求3或4所述的声电转换部件，其特征在于，所述不导电基底(11)为有机材料、无机材料或有机/无机复合材料。7.根据权利要求6所述的声电转换部件，其特征在于: 所述有机材料为:塑料、橡胶、树脂、纸、布或丝绸 所述无机材料为:石材，石膏、混凝土、氧化铝、氧化硅或玻璃。8.根据权利要求7所述的声电转换部件，其特征在于，所述无机材料为纸质材料，其主要成分为:天然植物纤维、碳纤维、玻璃纤维、人工合成塑料纤维、有机\无机复合纤维。9.根据权利要求2至8中任一项所述的声电转换部件，其特征在于，所述导电材料(12)的厚度介于0.0lmm?5mm之间。10.根据权利要求1至9中任一项所述的声电转换部件，其特征在于，所述微通孔的形状为以下形状中的一种或多种的组合:圆形、椭圆形、三角形、多边形、弧形和长条形。11.根据权利要求10所述的声电转换部件，其特征在于，所述微通孔的形状为圆形，该圆形的微通孔在上膜层上均匀分布。12.根据权利要求1至11中任一项所述的声电转换部件，其特征在于，所述上电极层(10)的厚度介于10 μπι?1mm之间。13.根据权利要求1至12中任一项所述的声电转换部件，其特征在于，所述微通孔的孔径介于10nm?10mm之间。14.根据权利要求13所述的声电转换部件，其特征在于，所述微通孔的孔径为0.2mm。15.根据权利要求1至14中任一项所述的声电转换部件，其特征在于，所述微通孔的孔隙率介于15 %?60 %之间。16.根据权利要求15所述的声电转换部件，其特征在于，所述微通孔的孔隙率为20%。17.根据权利要求1至16中任一项所述的声电转换部件，其特征在于，所述高分子中间层(20)的厚度在500nm?500 μπι之间，其材料选自于以下材料中的一种或多种的组合:树脂、塑料、橡胶、纸、布、丝绸、无机氧化物以及有机/无机复合材料。18.根据权利要求1至17中任一项所述的声电转换部件，其特征在于，在所述高分子中间层(20)朝向上电极层的一侧，还包覆有厚度在Inm?10 μm之间的无机半导体材料。19.根据权利要求18所述的声电转换部件，其特征在于，所述无机半导体材料为硅、氮化镓、II1-V族半导体、石墨烯、半导体金属氧化物。或半导体金属硫化物。20.根据权利要求1至19中任一项所述的声电转换部件，其特征在于，所述下电极层(40)为沉积在所述高分子中间层(20)表面的金属层。21.根据权利要求1至20中任一项所述的声电转换部件，其特征在于，所述高分子中间层(20)和上电极层均由柔性材料制备，所述声电转换部件整体上呈平面状、波浪状、锥状或圆筒状。22.根据权利要求1至20中任一项所述的声电转换部件，其特征在于，所述上膜层和下膜层为透明材料层。23.根据权利要求1至22中任一项所述的声电转换部件，其特征在于，所述上膜层和下膜层之间形成一个或多个振动腔(30)，该振动腔(30)通过上电极层(10)表面的微通孔与外界连通。24.根据权利要求23所述的声电转换部件，其特征在于: 当无气体进入振动腔(30)时，所述上膜层和下膜层相邻的部分接触或保持小于20 μ m的间隙，电子由所述上膜层转移到下膜层，导致所述上膜层带正电荷，所述下膜层带负电荷； 当气体进入振动腔(30)时，所述上膜层和下膜层分离，引起内部电偶极的变化，驱动电子从下电极层(40)，经由外部负载流向所述上电极层(10)，直到所述上膜层与下膜层分离度达到最大。25.—种包括权利要求1至24中任一项所述声电转换部件的充电装置，其特征在于，所述上电极层(10)和下电极层(10)作为该充电装置的电能输出端。26.—种包括权利要求1至25中任一项所述声电转换部件的声音信号采集器，其特征在于，所述上电极层(10)和下电极层(10)作为该声音信号采集器的两信号输出端。27.根据权利要求26所述的声音信号采集器，其特征在于，所述声电转换部件被卷成圆筒状。
【文档编号】H02N2/18GK105871249SQ201510024832
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年1月19日
【发明人】王中林, 范兴, 陈俊
【申请人】北京纳米能源与系统研究所