热致发声装置及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种热致发声装置及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 热致发声装置是一种基于热声效应的发声装置。范守善等人于文献"Flexible, Stretchable,TransparentCarbonNanotubeThinFilmLoudspeakers'，，ShouShanFan, etal.，NanoLetters,Vol. 8 (12)，4539-4545但00的中公开了一种基于碳纳米管的热 致发声装置，采用碳纳米管膜作为热致发声元件，该碳纳米管膜具有极大的比表面积及极 小的单位面积热容(小于2X10 4焦耳每平方厘米开尔文)，可将其内部产生的热量迅速传导 给周围介质。因此，在音频电信号的作用下，该碳纳米管膜可迅速升降温，并和周围介质迅 速发生热交换，周围介质的密度亦随之发生变化，进而通过介质分子运动发出声波，即该碳 纳米管膜的发声原理为"电-热-声"的转换。该碳纳米管膜可发出人耳能够听到强度的 声音，且具有较宽的发声频率范围（100化~100曲Z)。
[0003] 然而，热致发声装置优选是使该碳纳米管膜悬空设置，从而充分的与周围空气介 质发生热交换，因此需要在该碳纳米管膜的局部位置设置支撑元件。送种支撑元件在小尺 寸发声芯片领域可通过刻蚀娃基底等工艺实现，而娃刻蚀工艺较为复杂，成本较高。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种热致发声装置及其制备方法，能够简单的制备小尺 寸发声装置。
[0005] -种热致发声装置，包括基底、第一电极、第二电极、至少两个相互间隔的支撑元 件及第一碳纳米管膜，该第一电极与第二电极相互间隔的设置在该基底的表面，该至少两 个相互间隔的支撑元件并分别设置在该第一电极与该第二电极的表面，该第一碳纳米管膜 通过该至少两个支撑元件的支撑而部分悬空设置，该支撑元件将该第一碳纳米管膜分别与 该第一电极及该第二电极电连接，该支撑元件包括多个并排设置的碳纳米管，该多个碳纳 米管基本垂直于该基底的表面。
[0006] -种热致发声装置的制备方法，包括W下步骤：提供一热致发声装置的基底；在 该热致发声装置的基底表面形成所述第一电极及第二电极；将碳纳米管阵列从生长基底转 移至热致发声装置的基底，并覆盖该第一电极及第二电极，该碳纳米管阵列靠近该热致发 声装置的基底的表面为第二表面，远离该热致发声装置的基底的表面为第一表面，该碳纳 米管阵列的形态能够使得一第二碳纳米管膜可W从该碳纳米管阵列中连续地拉出，该第二 碳纳米管膜包括多个首尾相连的碳纳米管；通过在碳纳米管阵列的该第一表面进行激光刻 蚀，将该碳纳米管阵列划分为两部分，分别为保留区域和去除区域，该保留区域为覆盖该第 一电极及第二电极的区域，该去除区域为第一电极及第二电极之外的区域；通过从该去除 区域拉取第二碳纳米管膜的方式去除该去除区域中的碳纳米管，并保留该保留区域的碳纳 米管，从而在该第一电极及第二电极上分别形成支撑元件；W及将第一碳纳米管膜铺设在 该支撑元件表面，通过该支撑元件部分悬空设置。
[0007] 相较于现有技术，本发明通过将原始的碳纳米管阵列从生长基底转移至发声装置 的基底，并保持该碳纳米管阵列仍具有能够拉取碳纳米管膜的性能，通过拉取碳纳米管膜 的方式去除碳纳米管阵列中的部分碳纳米管，从而形成支撑元件，该支撑元件可W做到极 小的尺寸，因此可W代替刻蚀娃基底工艺，使该热致发声装置可W用于发声芯片中。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明实施例提供的热致发声装置的侧视示意图。
[0009] 图2为本发明实施例从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
[0010] 图3为本发明实施例从碳纳米管阵列中拉取获得碳纳米管膜的结构示意图。
[0011] 图4为本发明施例提供的热致发声装置的制备方法的侧视示意图。
[0012] 图5为本发明施例提供的热致发声装置的制备方法的俯视示意图。
[0013] 图6为本发明一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
[0014] 图7为本发明另一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
[0015]图8为本发明另一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
[0016] 主要元件符号说明
如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0017] W下将结合附图对本发明的热致发声装置及其制备方法作进一步的详细说明。
[0018] 请参阅图1，本发明提供一种热致发声装置100,包括基底30、第一电极90、第二电 极92、至少两个支撑元件80及第一碳纳米管膜40。该第一电极90与第二电极92均设置 在该基底30的同一表面302,并相互间隔设置。该至少两个支撑元件80相互间隔，分别设 置在该第一电极90与该第二电极92的表面。该第一碳纳米管膜40设置在该至少两个支 撑元件80的表面，通过该至少两个支撑元件80的支撑而部分悬空设置。该支撑元件80为 导电元件，将该第一碳纳米管膜40分别与该第一电极90及该第二电极92电连接。该支撑 元件80包括多个并排设置的碳纳米管，该多个碳纳米管基本垂直于该基底30的表面302。
[0019] 该基底30可W为硬质基底或柔性基底，材料不限，可W为金属、玻璃、石英、娃、 二氧化娃、塑料或树脂，如聚甲基丙帰酸甲醋、聚对苯二甲酸己二醋或聚二甲基娃氧焼 (PDM巧。优选地，该基底30为绝缘基底。当该基底30由导电材料制成时，该基底30与该 第一电极90及该第二电极92之间进一步设置有绝缘层，通过绝缘层与该第一电极90及该 第二电极92绝缘设置。
[0020] 该第一电极90及第二电极92由导电性较好的材料制成，可选择为金属、导电聚合 物、导电胶、金属性碳纳米管或钢锡氧化物（ITO)等。该第一电极90及第二电极92分别与 该第一碳纳米管膜40电连接，W使该第一碳纳米管膜40接入一音频电信号。该第一电极 90及第二电极92的形状及结构不限。优选地，该第一电极90及第二电极92为条带形的电 极层，相互间可基本平行设置。该第一电极90及第二电极92的长度优选为大于或等于该 第一碳纳米管膜40的宽度，厚度优选为1微米毫米，宽度优选为5微米毫米。
[0021] 可W理解，该热致发声装置100可W包括多个第一电极90及多个第二电极92,相 互间隔设置。相邻的两个第一电极90之间设置有一个第二电极92,相邻的两个第二电极 92之间设置有一个第一电极90。
[0022] 该至少两个支撑元件80可具有与该第一电极90及该第二电极92基本对应的形 状。优选地，该支撑元件80也可W为条形结构，相互之间可基本平行设置。该支撑元件80 的长度优选为大于或等于该第一碳纳米管膜40的宽度，高度优选为10微米^5毫米。该支 撑元件80通过图案化碳纳米管阵列形成，包括多个相互之间通过范德华力结合的碳纳米 管。该支撑元件80的高度即为碳纳米管阵列的高度，即碳纳米管的长度。该支撑元件80 的宽度最小可W为几微米，优选为5微米毫米。由于碳纳米管具有优异的导电性，且基 本垂直于该第一电极90及第二电极92，因此该支撑元件80可W与该第一电极90及该第二 电极92形成电连接。
[0023] 该支撑元件80的数量与该第一电极90与第二电极92的数量之和相等，也就是每 个第一电极90和第二电极92上均设置有一个支撑元件80。
[0024] 该第一碳纳米管膜40包括首尾相连的碳纳米管，是由多个碳纳米管通过范德华 力相互结合并首尾相连形成的宏观结构。该第一碳纳米管膜40为自支持结构，设置在该至 少两个支撑元件80表面，通过该支撑元件80支撑。两个支撑元件80之间的第一碳纳米管 膜40悬空设置。该第一碳纳米管膜40与该支撑元件80之间电连接，该支撑元件80中的 碳纳米管与该第一碳纳米管膜40基本垂直，在该第一碳纳米管膜40与该第一电极90及第 二电极92之间形成电导通。在工作时，从第一电极90输入的电信号通过一支撑元件80传 导至该第一碳纳米管膜40,然后从另一支撑元件80传导至第二电极92。该第一碳纳米管 膜40包括多个碳纳米管基本沿相同方向延伸并基本平行于该第一碳纳米管膜40的表面。 该第一碳纳米管膜40的宽度方向与该多个碳纳米管的延伸方向垂直。
[00巧]该第一碳纳米管膜40为热致发声元件，能够将通过第一电极90及第二电极92输 入的电信号转换为热信号，通过加热周围空气介质发出声波。具体地，该第一碳纳米管膜40 具有较小的单位面积热容(优选为小于2X10 4焦耳每平方厘米开尔文)，使该第一碳纳米管 膜40可W将输入的电能迅速转换为热能，根据输入的电信号迅速升降温。并且，该第一碳 纳米管膜40具有较大比表面积及较小的厚度，从而能够和周围气体介质迅速发生热交换， 根据电信号的变化实时的加热周围气体介质，促使周围气体介质分子运动，气体介质密度 随之发生变化，进而形成与加热频率对应的声波。
[0026] 该第一碳纳米管膜40优选为从一碳纳米管阵列中连续地拉出而得，包括多个首 尾相连的碳纳米管。请参阅图2及图3,在该第一碳纳米