专利名称：发声装置的制作方法
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，请参见文献"The Thermophone"， EDWARDC. WENTE， Vol. XIX， No. 4， p333_345及 "On Some Thermal Effects of ElectricCurrents，，，William Henry Preece，Proceedings of the Royal Society of London, Vol. 30， p408_411 (1879-1881)。其揭示一种热致发 声装置，该热致发声装置通过向一导体中通入交流电来实现发声。该导体具有较小的热容 (Heatc即acity)，较薄的厚度，且可将其内部产生的热量迅速传导给周围气体介质的特点。 当交流电通过导体时，随交流电电流强度的变化，导体迅速升降温，而和周围气体介质迅速 发生热交换，促使周围气体介质分子运动，气体介质密度随之发生变化，进而发出声波。
另夕卜，HD.Arnold和LB,Crandall在文献"The thermophone as a precisionsource of sound", Phys. Rev. 10， p22_38 (1917)中揭示了一种简单的热致发声装置，其采用一铂片 作发声元件，该铂片的厚度为0. 7微米。发声元件的发声频率与其单位面积热容密切相关， 即发声元件的单位面积热容愈大，发声频率范围愈窄，声波强度愈低；反之，单位面积热容 愈小，发声频率范围愈宽，声波强度愈高。因此，欲获得较宽的发声频率范围及较高的声波 强度，发声元件的单位面积热容则愈小愈好。而具有较小单位面积热容的金属铂片，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。 于2008年，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 FilmLoudspeakers，，，范守 善et al. ， Nano Letters, Vol. 8(12)， p4539_4545(2008)。 请参见图1，该发声装置40包括一基底402、一碳纳米管膜406、及两个电极404。 该碳纳米管膜406设置于该基底402上，该两个电极404与该碳纳米管膜406直接接触形 成电连接，通过提供电流使该碳纳米管膜406热致发声。由于该发声装置40采用碳纳米管 膜406作为发声元件，该碳纳米管膜406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40可发出人耳能够听到的声音强度，且具有极薄的厚度以及较宽的发声频率 范围(100Hz 100kHz)。 然而，由于该碳纳米管膜406直接贴合于该基底402，除了减小了碳纳米管膜406 与周围介质的接触面积，且由碳纳米管膜406所产生用以发声的热量亦大部分均被基底 402所吸收，因此影响了发声装置40的发声效果。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种发声效果有效提升且基于碳纳米管的发声装置。
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—种发声装置，其包括一基底；一第一 电极及一第二电极，该第一 电极和第二电极间隔设置于该基底；以及一发声元件，该发声元件包括一碳纳米管结构，该碳纳米管结构与该第一电极和该第二电极电连接；其中，所述第一电极和第二电极间隔设置于所述发声元件与所述基底之间，使该发声元件与该基底之间形成有一间隙。 —种发声装置，其包括一基底；一第一电极及一第二电极，该第一电极和该第二电极间隔设置于该基底；以及一发声元件，该发声元件包括一碳纳米管结构，该碳纳米管结构与该第一电极和该第二电极电连接，该发声元件具有一第一表面及与该第一表面相对的第二表面；其中，所述第一电极和第二电极设置于所述发声元件的第一表面与所述基底之间，使该发声元件与该基底之间形成有一间隙，该发声装置进一步包括至少两个固定元件，该至少两个固定元件设置于该发声元件的第二表面且分别与该第一电极及第二电极相对，该发声元件夹持于该至少两个固定元件与该第一电极及第二电极之间。 与现有技术相比较，所述发声装置中第一电极和第二电极间隔置于该基底与发声元件之间，使该发声元件与该基底之间形成有一间隙，因此发声元件与周围介质的接触面积较大，可将其内部产生的热量迅速传导给周围介质，故该发声装置具有较好的发声效果。另外，由于发声装置进一步包括至少两个固定元件，使发声元件夹持于固定元件与该第一电极及第二电极之间，使发声元件与第一电极和第二电极之间的电连接有效提升，更加改进了发声装置的发声效果。
图1是现有技术中一种发声装置的结构示意图。 图2是本发明第一实施例提供的发声装置的俯视图。 图3是沿图1中III-III线剖开的剖面图。 图4是本发明第二实施例提供的发声装置的俯视图。 图5是沿图4中V-V线剖开的剖面图。 图6是本发明第三实施例提供的发声装置的俯视图。 图7是沿图6中VII-VII线剖开的剖面图。
具体实施例方式
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及图3，本发明第一实施例提供一种发声装置IO，该发声装置10包括一基底102、一第一电极104，一第二电极108，及一发声元件106。 所述第一电极104与第二电极108间隔设置于基底102。所述发声元件106设置于该第一电极104与第二电极108上，使该第一电极104与第二电极108位于基底102与发声元件106之间，该发声元件106相对于基底102部分悬空。即，该第一电极104、该第二电极108、发声元件106以及基底102共同形成有一间隙101。 所述基底102主要起承载第一电极104与第二电极108的作用。该基底102的形状与大小不限，材料为绝缘材料或导电性差的材料。另外，该基底102的材料应具有较好的绝热性能，从而防止该发声元件106产生的热量被该基底102吸收，而无法达到加热周围介质进而发声的目的。在本实施例中，该基底102的材料可为玻璃、树脂或陶瓷等。本实施例中，所述基底102为一正方形的玻璃板，其边长为4. 5厘米，厚度为1毫米。
所述第一电极104与第二电极108平行且间隔一定距离设置于基底102。该间隙101由第一电极104、第二电极108与基底102定义，该间隙101的高度取决于第一电极104与第二电极108的高度。在本实施例中，第一电极104与第二电极108的高度范围为1微米 1厘米。优选地，第一电极104和第二电极108的高度为15微米。
所述第一电极104与第二电极108可为层状(丝状或带状)、棒状、条状、块状或其它形状，其横截面的形状可为圆型、方型、梯形、三角形、多边形或其它不规则形状。该第一电极104与第二电极108可通过螺栓连接或粘结剂粘结等方式固定于基底102。而为防止发声元件106的热量被第一电极104与第二电极108过多吸收而影响发声效果，该第一电极104及第二电极108与发声元件106的接触面积较小为好，因此，该第一电极104和第二电极108的形状优选为丝状或带状。该第一电极104与第二电极108材料可选择为金属、导电胶、导电浆料或铟锡氧化物(ITO)等。 本实施例中，第一电极104与第二电极108是利用银浆通过印刷方式如丝网印刷形成于基底上的丝状银电极。 发声元件106设置于第一电极104与第二电极108上，所述发声元件106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(线状结构时即为直径)为0.5纳米 l毫米。所述碳纳米管结构的单位面积热容可小于2X10-4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1.7X10-6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。 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。优选地，该碳纳米管膜包括多个平行的碳纳米管沿其轴向从所述第一
电极104延伸至所述第二电极108。碳纳米管的轴向方向与第一电极104垂直。 在本实施例中，碳纳米管结构除了由单个碳纳米管膜构成外，亦可包括多个重叠
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106的碳纳米管结构包括四个重叠设置的碳纳米
管膜，相邻的两个碳纳米管膜中碳纳米管的排列方向相互垂直。所述碳纳米管结构的长度
和宽度均为3厘米，厚度为50纳米。由四个碳纳米管膜构成的碳纳米管结构仍可保持该发
声元件106具有较好的透光度。 所述发声元件106的工作介质不限，只需满足其电阻率大于所述发声元件106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O. 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. 5X 107欧姆 米，且其单位面积热容也较大，可以传导出发声元件106产生的热量，从而可对发声元件106进行散热。本实施例中，所述介质为空气。 本实施例的发声装置10可通过第一 电极104及第二电极108与外部电路电连接，而由此接入外部信号发声。由于包括碳纳米管结构的发声元件106，是由均匀分布的碳纳米管组成，基于碳纳米管本身具有较大的比表面积，且该碳纳米管结构为层状或线状，因而使构成的碳纳米管结构具有较大的比表面积，且因而具有较小的单位面积热容以及形成较大的散热面积。在输入信号后，所述发声元件106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。简而言之，本发明实施例的发声元件106是藉由"电-热-声"的转换来达到发声。另外，利用碳纳米管结构的高透光度，该发声装置10呈一透明发声装置。 本实施例提供的发声装置10的声压级大于50分贝每瓦声压级，发声频率范围为1赫兹至10万赫兹(即1Hz-100kHz)。所述发声装置在500赫兹-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io，该发声装置IO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4及图5，本发明第二实施例提供一种发声装置20，该发声装置20包括一基底202、多个第一电极204、多个第二电极208、及一发声元件206。
该发声装置20与第一实施例提供的发声装置10的结构基本相同。本实施例所提供的发声装置20与第一实施例提供的发声装置10的不同之处在于该发声装置包括多个第一电极与多个第二电极，所述多个第一电极204与多个第二电极208间隔设置于基底202。所述发声元件206设置于该第一电极204与第二电极208上，使该多个第一电极204与多个第二电极208位于基底202与发声元件206之间，该发声元件206相对于基底202部分悬空。即，多个第一电极204、多个第二电极208、发声元件206以及基底202共同形成有多个间隙，该多个间隙用以提供该发声元件206有效发声。 该多个第一电极204与第二电极208交替间隔设置于基底202，该各个相邻的第一电极204与第二电极208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204与第二电极208之间的距离相等。相邻的第一电极204与第二电极208之间的距离不限，优选为10微米 1厘米。 该发声装置20进一步包括一第一电极引线210及一第二电极引线212，该第一电极引线210与第二电极引线212分别与发声装置20中的第一电极204和第二电极208连接，使多个第一电极204分别与该第一电极引线210与电连接，使多个第二电极208分别与该第二电极引线212电连接。所述发声装置20通过该第一电极引线210和第二电极引线212与外部电路电连接。 本实施例中，第一电极204与第二电极208为用丝网印刷方法形成的丝状银电极。第一电极204数量为四个，第二电极208数量为四个，该四个第一电极204与四个第二电极208交替且等间距设置于基底202。每个第一电极204与第二电极208的长度均为3厘米，高度为15微米，相邻的第一电极204与第二电极208之间的距离为5毫米。 请参阅图6及图7，本发明第三实施例提供一种发声装置30，该发声装置30与第
二实施例提供的发声装置20的结构基本相同。该发声装置30包括一基底302、多个第一电
极304、多个第二电极308、一发声元件306、一第一电极引线310、一第二电极引线312及多
个固定元件314。 该发声元件306具有一第一表面3062及与该第一表面3062相对的第二表面3064。该发声元件306的第一表面3062面对该第一电极304和第二电极308且与其接触连接，该发声元件306通过该第一电极304及第二电极308与基底302间隔一定距离，使该发声元件306、多个第一电极304、多个第二电极308与基底302共同形成有多个间隙。
本实施例所提供的发声装置30与第二实施例提供的发声装置20的不同之处在于所述发声装置30进一步包括至少两个固定元件314，该至少两个固定元件314设置于发声元件306的第二表面3064上，分别与该第一电极304及第二电极308相对设置，使该发声元件306夹持于第一电极304和第二电极308与固定元件314之间。通过设置固定元件314，可使发声元件306分别与第一电极304和第二电极308之间的电接触更好，提高发声元件306的发声效果。 所述固定元件314的结构与第一电极304及第二电极308的结构可以相同，也可以不同。固定元件314的材料可以为导电材料也可以为绝缘材料。导电材料为金属、合金、导电浆料、导电胶或铟锡氧化物等。绝缘材料为玻璃、树脂或陶瓷等。当固定元件314的材料为导电材料时，可以与第一电极304和第二电极308的材料相同，也可以不同。该固定元件314的高度不限，优选为1微米 100微米，本实施例中，固定元件314的材料与第一电极304和第二电极308的材料相同，均为银。固定元件314也是通过丝网印刷的方法形成，其高度为15微米。固定元件314的数量与第一电极304和第二电极308的总数量相等，为八个。 另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，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。
权利要求
一种发声装置，其包括一基底；一第一电极及一第二电极，该第一电极和第二电极间隔设置于该基底；以及一发声元件，该发声元件包括一碳纳米管结构，该碳纳米管结构与该第一电极和该第二电极电连接；其特征在于，所述第一电极和第二电极间隔设置于所述碳纳米管结构与所述基底之间，使该碳纳米管结构与该基底之间形成有一间隙。
2. 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。
3. 如权利要求2所述的发声装置，其特征在于，所述各个相邻的第一电极和第二电极 之间的距离相等。
4. 如权利要求2所述的发声装置，其特征在于，所述各个相邻的第一电极和第二电极 之间的距离为10微米至1厘米。
5. 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形状分别 为层状、棒状、条状或块状。
6. 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 状分别为圆型、方型、梯形、三角形、多边形或不规则形状。
7. 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。
8. 如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述第一电极与第二电极的高度为1微 米至1厘米。
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为导电浆料 通过印刷形成于该基底而制得。
10. 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两个固定元 件，该两个固定元件分别形成于碳纳米管结构与第一电极及第二电极相背的另一侧，并与 该第一电极及第二电极相对应。
11. 如权利要求10所述的发声装置，其特征在于，所述固定元件的材料为导电材料。
12. —种发声装置，其包括 "~~"基底；一第一电极及一第二电极，该第一电极和该第二电极间隔设置于该基底；以及 一发声元件，该发声元件包括一碳纳米管结构，该碳纳米管结构与该第一电极和该第 二电极电连接，该发声元件具有一第一表面及与该第一表面相对的第二表面；其特征在于，所述第一电极和第二电极设置于所述发声元件的第一表面与所述基底之 间，使该发声元件与该基底之间形成有一间隙，该发声装置进一步包括至少两个固定元件， 该至少两个固定元件设置于该发声元件的第二表面且分别与该第一电极及第二电极相对， 该发声元件被夹持于该至少两个固定元件与该第一电极及第二电极之间。
13. 如权利要求12所述的发声装置，其特征在于，所述至少两个固定元件的材料为导 电材料。
14. 如权利要求12所述的发声装置，其特征在于，该碳纳米管轴向方向与第一电极垂直。
全文摘要
一种发声装置，其包括一基底；至少一第一电极及至少一第二电极，该至少一第一电极和至少一第二电极间隔设置于该基底上；以及一发声元件，该发声元件包括一碳纳米管结构，该碳纳米管结构与该第一电极和第二电极电连接；其中，所述至少一第一电极和至少一第二电极间隔设置于该发声元件与该基底之间，使该发声元件与该基底之间形成有一间隙。
文档编号H04R23/00GK101771922SQ20081024198
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者冯辰, 刘亮, 姜开利, 李群庆, 柳鹏, 潜力, 肖林, 范守善, 陈卓 申请人:清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司