振动膜及应用该振动膜的扬声器的制作方法

专利名称：振动膜及应用该振动膜的扬声器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种振动膜及应用该振动膜的扬声器，尤其涉及一种基于碳纳米管的 振动膜及应用该振动膜的扬声器。
背景技术：
扬声器是一种把电信号转换成声音信号的电声器件。具体地，扬声器能将一定范 围内的音频电功率信号通过换能方式转变为失真小并具有足够声压级的可听声音。按照扬 声器的工作原理，现有的扬声器可分为电动式、压电式以及静电式扬声器等。其中电动式扬 声器结构简单、音质优秀且成本低，因此应用最为广泛。现有技术中的电动式扬声器通常包括振动膜、音圈骨架、音圈、定心支片、磁铁以 及外壳等几个部分。扬声器在工作时，通入音频电信号的音圈在磁场中受到力的作用，从而 带动振动膜做机械振动并发出声音。在评价扬声器的优劣时，扬声器的音量是决定性因素之一。扬声器的音量与输入 功率及电声转换效率有关。当输入功率越大，电声转换效率越高，扬声器发出的音量越大。 然而，当输入功率增大时，振动膜易发生变形甚至破裂，从而使发出的声音产生失真。因此， 振动膜的强度和杨氏模量是决定其额定功率的决定因素。额定功率即不使扬声器产生失真 的输入功率。另外，单位面积振动膜的质量越轻，则使振动膜产生振动所消耗的能量越小， 扬声器的电声转换效率越高，进而相同输入功率产生的音量越大。综上所述，振动膜的强度以及杨氏模量越大，密度越小，则扬声器的音量越大。然而，现有技术中，振动膜材料为聚合物、金属、陶瓷或纸，聚合物及纸的强度及弹 性模量仍然较低，金属及陶瓷的质量较大，从而使现有的扬声器的额定功率较低。一般的微 型扬声器的输入功率仅为0. 3 0. 5W。另一方面，采用现有材料制得的振动膜，其密度较 大，使扬声器的电声转换效率无法进一步提高。因此，为提高扬声器的额定功率及电声转换 效率，进而提高扬声器的音量，目前对现有的电动式扬声器的改进重点在提高振动膜的强 度及杨氏模量，以及减小振动膜的密度，即提高振动膜的比强度(即强度/密度)及比模量 (即模量/密度)。碳纳米管是九十年代初才发现的一种新型一维纳米材料，具有较轻的质量且沿轴 向具有较高的强度。由于碳纳米管优良的力学性质，将碳纳米管作为增强材料应用至扬声 器领域日益引起人们的关注。卞基满等人于2008年10月15日公开的中国专利申请第 CN101288336A号中公开了一种扬声器振动膜，其通过表面活性剂、硬脂酸或脂肪酸将碳纳 米管粉末分散于振膜的基体材料中，从而增强振动膜的整体强度。然而，该碳纳米管的形态 为粉末状，由于碳纳米管具有极大的比表面积，粉末状的碳纳米管在基体材料中极易团聚， 使得加入碳纳米管的比例越大，分散越困难。进一步地，在基体材料中分散该碳纳米管粉末 需要涉及大量表面活性剂、化学添加剂以及复杂的化学反应工艺过程，从而向该振动膜中 引入杂质，且不利于环保。

发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种强度及杨氏模量较高的振动膜以及应用该振动膜的 扬声器。一种振动膜，包括一振膜基体；以及至少一增强结构复合于该振膜基体中，其 中，该增强结构由至少一自支撑的碳纳米管结构组成。一种振动膜，包括一振膜基体；以及至少一增强结构复合于该振膜基体中，其 中，该增强结构包括至少一自支撑的碳纳米管结构以及至少一增强体形成的复合结构。一种振动膜，包括一振膜基体；以及至少一增强结构复合于该振膜基体中，其 中，该增强结构包括至少一自支撑的碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，该 碳纳米管表面包覆至少一包覆层。一种振动膜，包括一振膜基体；以及多个碳纳米管分布于该振膜基体中；其中， 该多个碳纳米管至少组成一自支撑的碳纳米管结构。一种扬声器，包括一音圈骨架；一音圈，该音圈缠绕在所述音圈骨架一端的外 围；一振动膜，该振动膜与所述音圈骨架相连接；以及一磁场系统，该磁场系统具有一磁场 间隙，所述音圈设置在该磁场间隙中；其中，该振动膜包括一振膜基体以及至少一自支撑的 增强结构复合于该振膜基体中，该自支撑的增强结构包括多个碳纳米管。与现有技术相比较，所述的振动膜采用自支撑结构的碳纳米管结构整体浸润于基 体材料中。该自支撑的碳纳米管结构中，碳纳米管通过范德华力相互吸引，从而使碳纳米管 结构的强度较大，进而使振动膜的强度及杨氏模量较高。将该碳纳米管结构与基体材料直 接复合形成振动膜无需分散过程，比通过分散碳纳米管粉末的方式形成振动膜工艺简单， 且碳纳米管在振动膜中的比例不受分散的限制。


图1为本发明第一实施例的振动膜的结构示意图。图2为本发明第一实施例包括多个碳纳米管膜的振动膜的结构示意图。图3为本发明第一实施例具有环状碳纳米管结构的振动膜的顶视图。图4为本发明第一实施例具有放射状排列的碳纳米管线状结构的振动膜的顶视 图。图5为本发明第一实施例具有平行排列的碳纳米管线状结构的振动膜的结构示 意图。图6为本发明第一实施例具有交叉排列的碳纳米管线状结构的振动膜的顶视图。图7为本发明第一实施例具有相互编织的碳纳米管线状结构的振动膜的顶视图。图8为本发明第二实施例具有平行排列的碳纳米管线状结构和线状增强体的振 动膜的结构示意图。图9为本发明第二实施例具有交叉排列的碳纳米管线状结构和线状增强体的振 动膜的结构示意图。图10为本发明第二实施例具有相互编织的碳纳米管线状结构和线状增强体的振 动膜的结构示意图。图11为本发明第二实施例具有平行排列的碳纳米管线状结构和线状增强体的线状碳纳米管复合结构的结构示意图。图12为本发明第二实施例具有扭转排列的碳纳米管线状结构和线状增强体的线 状碳纳米管复合结构的结构示意图。图13为本发明第三实施例表面具有一包覆层的碳纳米管的剖视示意图。图14为本发明实施例的扬声器的结构示意图。图15为本发明实施例的扬声器的沿扬声器轴线的剖视示意图。
具体实施例方式以下将结合附图及具体实施例详细说明本发明提供的振动膜及应用该振动膜的 扬声器。请参阅图1，本发明第一实施例提供一振动膜10，其包括一振膜基体14以及一个 或多个增强结构12与该振膜基体14复合。具体地，该增强结构12包括多个碳纳米管，该 多个碳纳米管间具有间隙从而形成多个微孔，该振膜基体14材料渗透入该增强结构12的 多个微孔中，从而形成一复合结构。当该振膜基体14的体积较大时，该增强结构12复合于 振膜基体14内部，并被该振膜基体14完全包覆。当然，当振动膜10中的增强结构12含量 较多时，增强结构12表面的碳纳米管部分暴露于该振动膜10表面。该振动膜10为一具有 一定厚度的类二维结构。该多个增强结构12可相互接触或相互间隔。可以理解，虽然图1 中的振动膜为矩形结构，但实际应用时可根据具体需要将该振动膜10切割成圆形，椭圆形 或其他形状，以适用于不同扬声器。因此，该振动膜10的形状不限。该振膜基体14的材料可以为金属、金刚石、陶瓷、纸、纤维素及聚合物中的一种或 多种。该聚合物可以为聚丙烯、聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚萘二甲酸乙 二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)或聚醚砜(PES)。该增强结构12包括多个碳纳米管。该增强结构12为一自支撑结构。所谓“自支 撑结构”即该增强结构12无需通过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状。该自支撑的 增强结构12包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力相互吸引，从而形成一网络 结构，并使该增强结构12具有特定的形状。由于该增强结构12具有自支撑性，在不通过支 撑体表面支撑时仍可保持固定的形状。该增强结构12中的碳纳米管为无序或有序排列。这 里的有序指至少多数碳纳米管的排列方向具有一定规律。具体地，碳纳米管沿一个方向或 者多个方向择优取向排列。该增强结构12的厚度优选为0.5纳米 1毫米。该增强结构 12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。优选地，所述增强结构12中碳纳米管 沿一固定方向择优取向排列。优选地，该增强结构12为一自支撑的碳纳米管结构。该碳纳米管结构可以为面状 或线状。该碳纳米管结构由均勻分布的碳纳米管组成，碳纳米管之间通过范德华力紧密结 合。可以理解，该碳纳米管结构具有较好的纯度，即除碳纳米管外的其他物质仅以微量杂质 方式存在。该碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜、至少一碳纳米管线状结构或所述碳纳 米管膜和碳纳米管线状结构的复合结构。该碳纳米管线状结构包括至少一碳纳米管线。该 多个碳纳米管线可相互平行排列组成一束状结构，或相互扭转组成一绞线结构。该多个碳纳米管线状结构也可相互编织形成一面状的碳纳米管结构。请参阅图2，当该碳纳米管结 构12包括多个碳纳米管膜122时，该多个碳纳米管膜122可相互并排或层叠，形成面状的 碳纳米管结构12。具体地，所述增强结构12与振膜基体14复合可包括以下几种方式。该碳纳米管结构可包括至少一碳纳米管膜122。如图2所示，该多个碳纳米管膜 122相互层叠或相互并排设置于振膜基体14内部。该多个碳纳米管膜122可相互接触或相 互间隔。该碳纳米管结构可包括至少一碳纳米管线状结构。该碳纳米管线状结构可排满整 个振膜基体14内部，或选择性的设置于所述振动膜10需要增加强度及杨氏模量的位置。该 碳纳米管线状结构可相互间隔或相互交叉的设置于该振膜基体14中。请参阅图3，该碳纳 米管线状结构120围成环形，设置于圆形的振膜基体14内部，该环形的碳纳米管线状结构 120与该圆形的振膜基体14呈同心圆设置。请参阅图4，多个平直或弯曲的碳纳米管线状 结构120以圆形的振膜基体14的圆心为中心，呈放射状排列于该振膜基体14的中。可以 理解，所述碳纳米管线状结构120的排列不限于上述两种情况。例如，一根碳纳米管线状结 构120可呈螺线状设置于振膜基体14内部。上述碳纳米管线状结构120可增加振动膜10 的强度及杨氏模量，尤其可以在需要的位置任意设置，从而选择性的增强该振动膜10受力 较强的位置。如图5 图7所示，该多个碳纳米管线状结构120相互并排、相互交叉或相互编 织，从而形成该碳纳米管结构，并设置于该振膜基体14内部。可以理解，该多个碳纳米管线 状结构120可相互编织成一碳纳米管布，该碳纳米管布可作为面状碳纳米管结构应用于该 振动膜10中。该碳纳米管结构的面积可以基本与所述振膜基体14的面积相等。另外，可通过图 形化步骤如刻蚀或切割，在振膜基体14内部形成图形化的碳纳米管结构。该增强结构12可包括碳纳米管膜122及碳纳米管线状结构120的复合，该碳纳米 管线状结构120相互并排、交叉或编织并设置于该碳纳米管膜122—表面，或夹于两碳纳米 管膜122之间。该碳纳米管膜可以是碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜或碳纳米管碾压膜。所述碳纳米管结构可包括至少一碳纳米管拉膜，该碳纳米管拉膜为从碳纳米管阵 列中直接拉取获得的一种具有自支撑性的碳纳米管膜。每一碳纳米管拉膜包括多个沿同一 方向择优取向且平行于碳纳米管拉膜表面排列的碳纳米管。所述碳纳米管通过范德华力首 尾相连。具体地，每一碳纳米管拉膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段。该多个碳 纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管，该 多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米管片段具有任意的宽度、厚度、 均勻性及形状。所述碳纳米管拉膜的厚度为0. 5纳米 100微米，宽度与拉取该碳纳米管 拉膜的碳纳米管阵列的尺寸有关，长度不限。当该碳纳米管结构由碳纳米管拉膜组成，且碳 纳米管结构的厚度比较小时，例如小于10微米，该碳纳米管结构有很好的透明度，其透光 率可以达到90%，可以与透明的振膜基体14配合，用于制造一透明振动膜10。所述碳纳米 管拉膜的具体结构及其制备方法请参见范守善等人于2007年2月9日申请的，于2008年8 月13公开的第CN101239712A号中国大陆公开专利申请(碳纳米管膜结构及其制备方法，申请人清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司)。当所述碳纳米管结构包括层叠设置的多层碳纳米管拉膜时，相邻两层碳纳米管拉 膜中的择优取向排列的碳纳米管之间形成一交叉角度《，a大于等于0度小于等于90度 (0° )。所述多个碳纳米管拉膜之间或一个碳纳米管拉膜之中的相邻的碳纳米 管之间具有一定间隙，从而在碳纳米管结构中形成多个微孔，微孔的孔径约小于10微米。所述碳纳米管结构可为一碳纳米管絮化膜，该碳纳米管絮化膜为将一碳纳米管原 料絮化处理获得的一自支撑的碳纳米管膜。该碳纳米管絮化膜包括相互缠绕且均勻分布的 碳纳米管。碳纳米管的长度大于10微米，优选为200 900微米，从而使碳纳米管相互缠绕 在一起。所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构。所述碳纳米管 絮化膜各向同性。所述碳纳米管絮化膜中的碳纳米管为均勻分布，无规则排列，形成大量的 微孔结构，微孔孔径约小于10微米。所述碳纳米管絮化膜的长度和宽度不限。由于在碳纳 米管絮化膜中，碳纳米管相互缠绕，因此该碳纳米管絮化膜具有很好的柔韧性，且为一自支 撑结构，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。所述碳纳米管絮化膜的面积及厚度均不限，厚 度为1微米 1毫米，优选为100微米。所述碳纳米管絮化膜的具体结构及其制备方法请 参见范守善等人于2007年4月13日申请的第200710074699. 6号中国大陆专利申请(碳 纳米管膜的制备方法，申请人清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司)。所述碳纳米管结构可为一碳纳米管碾压膜，该碳纳米管碾压膜为通过碾压一碳纳 米管阵列获得的一种具有自支撑性的碳纳米管膜。该碳纳米管碾压膜包括均勻分布的碳纳 米管，碳纳米管沿同一方向或不同方向择优取向排列。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管 相互部分交叠，并通过范德华力相互吸引，紧密结合，使得该碳纳米管结构具有很好的柔韧 性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。且由于碳纳米管碾压膜中的碳纳米管之间通过范 德华力相互吸引，紧密结合，使碳纳米管碾压膜为一自支撑的结构。所述碳纳米管碾压膜中 的碳纳米管与形成碳纳米管阵列的生长基底的表面形成一夹角0，其中，0大于等于0度 且小于等于15度0 < 15° )，该夹角0与施加在碳纳米管阵列上的压力有关，压力 越大，该夹角越小，优选地，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管平行于该生长基底排列。该碳 纳米管碾压膜为通过碾压一碳纳米管阵列获得，依据碾压的方式不同，该碳纳米管碾压膜 中的碳纳米管具有不同的排列形式。具体地，碳纳米管可以无序排列；当沿不同方向碾压 时，碳纳米管沿不同方向择优取向排列；当沿同一方向碾压时，碳纳米管沿一固定方向择优 取向排列。该碳纳米管碾压膜中碳纳米管的长度大于50微米。该碳纳米管碾压膜的面积和厚度不限，可根据实际需要选择。该碳纳米管碾压膜 的面积与碳纳米管阵列的尺寸基本相同。该碳纳米管碾压膜厚度与碳纳米管阵列的高度以 及碾压的压力有关，可为1微米 1毫米。可以理解，碳纳米管阵列的高度越大而施加的 压力越小，则制备的碳纳米管碾压膜的厚度越大；反之，碳纳米管阵列的高度越小而施加的 压力越大，则制备的碳纳米管碾压膜的厚度越小。所述碳纳米管碾压膜之中的相邻的碳纳 米管之间具有一定间隙，从而在碳纳米管碾压膜中形成多个微孔，微孔的孔径约小于10微 米。所述碳纳米管碾压膜的具体结构及其制备方法请参见范守善等人于2007年6月1日 申请的第200710074027. 5号中国大陆专利申请(碳纳米管膜的制备方法，申请人清华大 学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司)。当碳纳米管以一定规则有序排列，在该碳纳米管排列方向上，该碳纳米管膜能够充分利用碳纳米管轴向具有的较大强度及杨氏模量，从而使该碳纳米管膜沿其中碳纳米管 的排列方向具有较大强度及杨氏模量。当将该碳纳米管膜形成一碳纳米管结构设置于该振 膜基体14中，可根据振膜基体14需要增加强度及杨氏模量的位置及方向通过改变该碳纳 米管膜的设置方向，改变该振动膜10不同方向上的强度及杨氏模量，从而适应不同扬声器 的应用需要。所述碳纳米管线状结构可包括至少一碳纳米管线。该碳纳米管线可以为非扭转 的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。该非扭转的碳纳米管线为将碳纳米管拉膜通过有机 溶剂处理得到。该非扭转的碳纳米管线包括多个沿碳纳米管线长度方向排列的碳纳米管。 具体地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿碳纳米管线 轴向择优取向排列。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均勻性及形状。该非扭转的 碳纳米管线长度不限，直径为0. 5纳米-100微米。所述碳纳米管线的具体结构及制备方 法请参见范守善等人于2002年9月16日申请的，于2008年8月20日公告的中国专利第 CN100411979C号，以及于2005年12月16日申请的，于2007年6月20日公开的中国专利 申请第CN1982209A号。该扭转的碳纳米管线为采用一机械力将所述碳纳米管拉膜两端沿相反方向扭转 获得。该扭转的碳纳米管线包括多个绕碳纳米管线轴向螺旋排列的碳纳米管。具体地，该 扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿碳纳米管线轴向呈螺旋 状延伸。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均勻性及形状。该扭转的碳纳米管线长度 不限，直径为0. 5纳米-100微米。由于该碳纳米管线为采用有机溶剂或机械力处理上述碳纳米管拉膜获得，该碳纳 米管拉膜为自支撑结构，故该碳纳米管线为自支撑结构。另外，该碳纳米管线中相邻碳纳米 管间存在间隙，故该碳纳米管线具有大量微孔，微孔的孔径约小于10微米。所述碳纳米管线中碳纳米管基本沿该碳纳米管线的长度方向平行或螺旋排列，因 此，该碳纳米管线在长度方向具有较大强度及杨氏模量。当将该碳纳米管线形成一碳纳米 管结构设置于该振膜基体14中，可根据振膜基体14需要增加强度及杨氏模量的位置及方 向来设计该碳纳米管线的设置方向，改变该振动膜10不同方向上的强度及杨氏模量，从而 适应不同扬声器的应用需求。本发明第二实施例提供一种振动膜，其包括一振膜基体以及至少一增强结构与该 振膜基体复合。该第二实施例的振动膜与第一实施例的振动膜10结构基本相同，其区别在于，该 增强结构为一碳纳米管结构与另一种增强体的复合结构。该复合结构包括碳纳米管线状结构和碳纳米管膜中的至少一种与面状增强体和 线状增强体中的至少一种的复合。该碳纳米管线状结构、碳纳米管膜、面状增强体和线状增 强体的数量均可为一个或多个。该碳纳米管线状结构与第一实施例中的碳纳米管线状结构 120具有相同结构，该碳纳米管膜与第一实施例的碳纳米管膜122具有相同的结构。该增强结构可包括多个碳纳米管线状结构与多个线状增强体。请参阅图8 10， 在所述振动膜20中，该多个碳纳米管线状结构220与多个线状增强体260相互平行且交 替排列、相互交叉排列或相互编织形成一面状的增强结构22，并设置于所述振膜基体24内 部。
该线状增强体260可以包括棉线、其他纤维纺成的线、聚合物丝或金属丝中的一 种或多种。该面状增强体可以包括聚合物膜、碳纤维膜、纤维素膜及纸中的一种或多种。可 以理解，该多个碳纳米管线状结构220与该多个线状增强体260可相互编织形成一碳纳米 管复合布，该碳纳米管复合布可作为增强结构22应用于该振动膜20中。可以理解，该增强 结构22可包括碳纳米管膜及碳纳米管线状结构220中至少一种与面状增强体及线状增强 体260中至少一种的组合。该碳纳米管膜与该线状增强体260或面状增强体可相互层叠， 另外，该线状增强体260可相互并排、交叉、编织或盘绕于该碳纳米管膜至少一个表面。该增强结构22可包括至少一线状复合结构，该线状复合结构包括至少一碳纳米 管线状结构220与至少一线状增强体260。请参阅图11 12，该线状复合结构280包括多 个碳纳米管线状结构220及多个线状增强体260相互平行排列组成的束状结构，或相互扭 转组成的绞线结构。该线状复合结构280可以与上述第一实施例中碳纳米管线状结构120 类似的方式设置于所述振膜基体24内部。本发明第三实施例提供一种振动膜，其包括一振膜基体以及至少一增强结构与该 振膜基体复合。该第三实施例的振动膜与第一实施例的振动膜10或第二实施例的振动膜20结构 基本相同，其区别在于，该增强结构包括一碳纳米管复合结构代替上述第一及第二实施例 中的碳纳米管结构。该碳纳米管复合结构包括至少一碳纳米管结构与其他材料的复合。该 碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜、至少一碳纳米管线状结构或其组合。该碳纳米管线 状结构与第一实施例中的碳纳米管线状结构120具有相同结构，该碳纳米管膜与第一实施 例的碳纳米管膜122具有相同的结构。请参阅图13，该碳纳米管复合结构中，每一碳纳米管145表面均包覆至少一由其 他材料形成的包覆层147。该其他材料可以包括金属、金刚石、碳化硼及陶瓷中的一种或多 种。该金属可以为铁、钴、镍、钯、钛、铜、银、金及钼中的一种或多种。由于所述碳纳米管线 状结构及碳纳米管膜具有大量微孔，气体可通过微孔渗入该碳纳米管线状结构及碳纳米管 膜中，因此，该碳纳米管线状结构及碳纳米管膜可放置于一真空腔中，通过物理气相沉积、 化学气相沉积、蒸镀或溅射的方法在碳纳米管线状结构及碳纳米管膜中每一碳纳米管表面 均沉积形成至少一包覆层147。另外，由于碳纳米管导电，因此，可通过电镀或化学镀的方式 在该碳纳米管线状结构及碳纳米管膜表面形成金属材料构成的包覆层147。另外，可通过多 次重复上述步骤，在碳纳米管表面形成多个同心圆状的包覆层147。该包覆层147的厚度可 以为1纳米 100纳米，优选为小于20纳米。可以理解，由于该包覆层147的厚度较小，该 碳纳米管复合结构中相邻的具有包覆层147的碳纳米管145间仍然具有一定间隙，从而保 证该振膜基体渗透至该间隙中。可以理解，虽然上述各实施例图示(如图1，2及5 10)中的振动膜均为矩形结 构，但实际应用时可根据具体需要将该振动膜切割成圆形，椭圆形或其他形状，以适用于不 同扬声器。因此，上述实施例的振动膜的形状均不限。本发明实施例提供一种振动膜的制备方法，其包括以下步骤S100，提供至少一自支撑的增强结构，该增强结构包括大量碳纳米管。该增强结构可包括上述第一至第三实施例中所述碳纳米管膜、碳纳米管线状结 构、碳纳米管复合结构中的一种或多种。
S200，提供一振膜基体前驱体，将该振膜基体与该增强结构复合。所述振膜基体前驱体的材料为该振膜基体的材料、该振膜基体材料所形成的溶液 或制备该振膜基体材料的前驱反应物。该振膜基体前驱体在一定温度下应为液态或气态。 该振膜基体前驱体也可以为固态。当该振膜基体前驱体为液态时，该S200进一步包括S210，将该增强结构直接浸泡于该液态的振膜基体前驱体；以及S220，将该振膜基体前驱体固化，形成振膜基体与该增强结构的复合。可以理解，该S210中，该流动性较强液态的振膜基体前驱体可预先设置于一模具 中，从而使该振膜基体在模具中形成预定的形状。该振膜基体的材料可以包括热塑性聚合物或热固性聚合物种的一种或多种。该振 膜基体前驱体的材料可以为生成该热塑性聚合物或热固性聚合物的聚合物单体溶液，所述 S220步骤可进一步包括向该聚合物单体溶液中加入引发剂，使该浸泡有增强结构的聚合物 单体溶液发生原位聚合反应，生成内部嵌入有增强结构的振膜基体。该振膜基体前驱体的材料可以为该聚合物在挥发性有机溶剂中溶解后形成的混 合液，所述S220步骤可以进一步包括将该挥发性有机溶剂蒸干，从而形成内部嵌入增强结 构的振膜基体。该振膜基体前驱体的材料还可以为高温下呈熔融态的热塑性聚合物，所述S220 步骤可以进一步包括将该熔融态热塑性聚合物降温使其凝固，从而形成内部嵌入增强结构 的振膜基体。该振膜基体的材料可以为金属，该振膜基体的前驱体材料可以为对应的熔融态的 金属，所述S210步骤为在真空或惰性气体中进行，所述S220步骤可以进一步包括将该熔融 态金属降温使其凝固，从而形成内部嵌入增强结构的金属振膜基体。该振膜基体的材料可以为陶瓷，该振膜基体的前驱体材料可以为对应的无机非金 属氧化物浆料，所述S220步骤可进一步包括将该无机非金属氧化物浆料在真空或惰性气 体中烧结，从而形成内部嵌入增强结构的陶瓷振膜基体。该无机非金属氧化物浆料中无机 非金属颗粒的尺寸应较小。该振膜基体的材料可以为纸或纤维素，该振膜基体的前驱体材料可以为对应的纸 浆或纤维素浆，所述S220步骤可进一步包括将该纸浆或纤维素浆脱水，从而形成内部嵌入 增强结构的纸质或纤维素振膜基体。可以理解，该纸浆及纤维素浆中单根纤维的尺寸应较 小。当该振膜基体前驱体为气态时，该S200可进一步包括S212，将该增强结构设置于该气态的振膜基体前驱体中；以及S222，使该气态的振膜基体前驱体在该增强结构表面固化，形成振膜基体与该增 强结构的复合。可以理解，该增强结构具有大量微孔，该气态的振膜基体前驱体可渗透至微孔内 部，并固化于每一碳纳米管表面。该振膜基体的材料可以为金属或金刚石，所述S222步骤可进一步包括通过真空 蒸镀、溅镀、化学气相沉积(CVD)以及物理气相沉积(PVD)的方法形成气态的基体前驱体， 并使该基体前驱体沉积在碳纳米管结构的碳纳米管表面。
当该振膜基体前驱体为固态时，该S200可进一步包括S214，在该增强结构的两个表面分别设置该振膜基体前驱体；以及S224，将该振膜基体前驱体与该增强结构压合，形成振膜基体与该增强结构的复 合。在压合的过程中，该振膜基体前驱体渗入该增强结构的微孔内部。可以理解，在将该振膜基体与该增强结构复合后可进一步包括一切割该振动膜的 步骤，以形成预定尺寸及形状的振动膜。可以理解，该增强结构可根据需要设置于该振动膜需要增加强度及杨氏模量的位 置。在上述将增强结构与振膜基体复合的过程中，该增强结构内部的碳纳米管相对位置基 本不发生变化。由于该增强结构中的碳纳米管膜或碳纳米管线状结构中碳纳米管为均勻分 布，因此在复合后的振动膜中，这些碳纳米管仍在原有的位置上均勻分布。进一步地，当该 碳纳米管膜或碳纳米管线状结构中碳纳米管有序排列时，在复合后的振动膜中，该碳纳米 管仍在原有位置上有序排列。因此，由该自支撑的增强结构与基体振膜复合形成的振动膜， 相较于由碳纳米管粉末分散于基体材料中形成的振动膜，该碳纳米管本身分布均勻，无需 解决分散问题，且设置方式灵活，可根据需要在特定的位置设置增强结构，而在不需要的位 置完全排除碳纳米管的存在，更有利于制造不同形状应用于不同领域的扬声器振动膜。请参阅图15及图16，本发明实施例进一步提供一应用上述第一至第三实施例中 振动膜的扬声器40。其包括一支架402、一磁场系统404、一音圈406、一音圈骨架408、一振 动膜410以及一定心支片412。所述支架402固定于所述磁场系统404。所述音圈406收容于所述磁场系统404， 并设置在所述音圈骨架408外表面。所述振动膜410或定心支片412的一端固定于所述支 架402，另一端固定在音圈骨架408上。所述支架402为一端开口的圆台形结构，其具有一空腔415及一底部414。该空腔 415容设所述振动膜410以及定心支片412。该底部414还具有一中心孔413，用于套设所 述磁场系统404，使该支架402通过底部414与磁场系统404相对固定。所述磁场系统404包括一导磁下板416、一导磁上板418、一磁体420及一导磁芯 柱422，所述磁体420相对的两端分别由同心设置的导磁下板416及导磁上板418所夹持。 所述导磁上板418及磁体420均为环状结构，所述导磁上板418及磁体420在所述磁场系 统404中围成一柱形空间。所述导磁芯柱422容置于所述柱形空间并穿过所述中心孔413。 该导磁芯柱422自所述导磁下板416往导磁上板418延伸而出且与所述磁体420形成一环 形磁场间隙424用于容置所述音圈406。所述磁场间隙424中具有一定磁感应密度的恒磁 场。该磁场系统404通过所述导磁上板418与底部414固接，其连接方法可以为螺接、配合 固定、粘结等等。在本实施例中，该导磁上板418与底部414通过螺接固定。所述设置在音圈骨架408上的音圈406容置于所述磁场间隙424中，其为扬声器 40的驱动单元，该音圈406为较细的导线在所述音圈骨架408上绕制而形成，优选地，所述 导线可为漆包线。当所述音圈406接收到音频电信号时，该音圈406产生随音频电信号的 强度变化而变化的磁场，此变化的磁场与磁场间隙424中的由磁场系统404产生的磁场之 间发生相互作用，迫使该音圈406产生振动。所述音圈骨架408为中空柱形结构，其与所述导磁芯柱422同心设置且间隔套设 在所述导磁芯柱422。所述音圈骨架408可收容于所述磁场间隙424中。该音圈骨架408的外表面与所述音圈406固接，且其远离所述磁场系统404的一端固结在所述振动膜410 的中心位置，从而当所述音圈骨架408随音圈406振动时，带动所述振动膜410振动，从而 使所述振动膜410周围的空气运动，产生声波。所述振动膜410为所述扬声器40的发声单元。该振动膜410的形状不限，与其具 体应用有关，如当所述振动膜410应用于大型扬声器40时，该振动膜410可为一空心圆锥 体结构；当所述振动膜410应用于微型扬声器40时，该振动膜410可为一圆片状结构或方 片状结构。所述振动膜410的顶端与所述音圈骨架408通过粘结的方式固结，其另一端的 外缘与所述支架402活动连接。本实施例中，该振动膜410为一空心圆锥体结构。该振动 膜410为上述第一实施例至第三实施例中振动膜中的任意一种。所述定心支片412为一波浪形环状结构，其由多个同心圆环组成。该定心支片412 的内缘套设在所述音圈骨架408上，用于支持所述音圈骨架408，该定心支片412的外缘固 定在所述定心支架402靠近所述中心孔413的一端。该定心支片412具有大的径向刚性和 小的轴向刚性，从而使所述音圈406在所述磁场空隙424中自由地上下移动而不做横向移 动，避免该音圈406与磁路系统404碰触。可以理解，所述扬声器40并不限于上述结构，任何应用本发明提供的振动膜的扬 声器40均在本发明保护范围内。由于碳纳米管具有优异的机械强度及杨氏模量及较小的密度，采用碳纳米管形成 的振动膜具有较好的比强度及比模量。所述的振动膜由于采用自支撑结构的碳纳米管结 构，且碳纳米管在碳纳米管结构中均勻分布，碳纳米管通过范德华力相互吸引，从而使碳纳 米管结构的强度及杨氏模量较大。碳纳米管结构可根据需要设置于振动膜内部任意位置， 使振动膜的设计更为灵活，适应不同扬声器的需要。当碳纳米管在碳纳米管结构中以一定 规则有序排列，则可以在扬声器中使碳纳米管沿需要增强强度及杨氏模量的方向排列，充 分发挥了碳纳米管轴向强度及杨氏模量高的特点。另外，该碳纳米管结构中碳纳米管已经 为均勻分布，与该振膜基体复合的过程中无需解决碳纳米管粉末分散的问题，从而使形成 振动膜的方法更为简单方便。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
一种振动膜，包括一振膜基体；以及至少一增强结构复合于该振膜基体中，其特征在于，该增强结构由至少一自支撑的碳纳米管结构组成。
2.如权利要求1所述的振动膜，其特征在于，所述增强结构具有多个由相邻的碳纳米 管间的间隙形成的微孔，该振膜基体的材料渗入该多个微孔中。
3.如权利要求1所述的振动膜，其特征在于，所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管 膜、至少一碳纳米管线状结构或其组合。
4.如权利要求3所述的振动膜，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个碳纳米管基本 平行于碳纳米管膜的表面，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且基本沿同一方向择优 取向排列。
5.如权利要求3所述的振动膜，其特征在于，所述碳纳米管线状结构包括一碳纳米管 线、多个碳纳米管线相互平行排列或多个碳纳米管线扭转排列。
6.如权利要求5所述的振动膜，其特征在于，所述碳纳米管线包括多个通过范德华力 首尾相连的碳纳米管，该多个碳纳米管基本沿碳纳米管线的轴向择优取向排列。
7.如权利要求3所述的振动膜，其特征在于，所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管膜 相互层叠或相互并排设置。
8.如权利要求3所述的振动膜，其特征在于，所述至少一碳纳米管线状结构盘绕设置 并复合于所述振膜基体中。
9.如权利要求3所述的振动膜，其特征在于，所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管线 状结构相互并排、相互交叉或相互编织。
10.如权利要求3所述的振动膜，其特征在于，所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管 线状结构依照预定图形分布于所述振膜基体中。
11.如权利要求10所述的振动膜，其特征在于，所述碳纳米管结构包括一个碳纳米管 线状结构围绕成环形复合于所述振膜基体中。
12.如权利要求10所述的振动膜，其特征在于，所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管 线状结构沿所述振膜基体中心呈放射状设置于所述振膜基体中。
13.如权利要求1所述的振动膜，其特征在于，所述振动膜包括多个增强结构相互接触 或相互间隔设置复合于所述振膜基体中。
14.一种振动膜，包括一振膜基体；以及至少一增强结构复合于该振膜基体中，其特征在于，该增强结构包括至少一自支撑的碳纳米管结构以及至少一增强体形成的 复合结构。
15.如权利要求14所述的振动膜，其特征在于，所述碳纳米管结构包括碳纳米管膜及 碳纳米管线状结构中至少一种，所述增强体包括面状增强体及线状增强体中至少一种。
16.如权利要求15所述的振动膜，其特征在于，所述增强结构包括多个碳纳米管线状 结构，及多个线状增强体相互平行且交替排列、相互交叉排列或相互编织。
17.如权利要求15所述的振动膜，其特征在于，所述增强结构为碳纳米管膜和增强体层叠设置。
18.如权利要求14所述的振动膜，其特征在于，所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管 通过范德华力首尾相连。
19.一种振动膜，包括 一振膜基体；以及至少一增强结构复合于该振膜基体中，其特征在于，该增强结构包括至少一自支撑的碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多 个碳纳米管，该碳纳米管表面包覆至少一包覆层。
20.如权利要求19所述的振动膜，其特征在于，所述包覆层的材料为金属、金刚石、碳 化硼及陶瓷中的一种或多种。
21.一种振动膜，包括 一振膜基体；以及多个碳纳米管分布于该振膜基体中；其特征在于，该多个碳纳米管至少组成一自支撑的碳纳米管结构。
22.—种扬声器，包括一音圈骨架；一音圈，该音圈缠绕在所述音圈骨架一端的外围； 一振动膜，该振动膜与所述音圈骨架相连接；以及 一磁场系统，该磁场系统具有一磁场间隙，所述音圈设置在该磁场间隙中； 其特征在于该振动膜包括一振膜基体以及至少一自支撑的增强结构复合于该振膜基 体中，该自支撑的增强结构包括多个碳纳米管。
全文摘要
本发明涉及一种振动膜，包括一振膜基体；以及至少一增强结构复合于该振膜基体中，其中，该增强结构由至少一自支撑的碳纳米管结构组成。本发明还涉及一应用该振动膜的扬声器。
文档编号H04R9/06GK101990148SQ20091010886
公开日2011年3月23日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日
发明者刘亮, 王佳平 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司