专利名称：热致发声装置及电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种热致发声装置，尤其涉及一种基于石墨烯的热致发声装置及应用该热致发声装置的电子装置。
背景技术：
热致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ー种，其为基于热声效应的ー种热致发声装置，请參见文献“The Thermophone”，EDWARD C. WENTE, Vol. XIX, No. 4,p333_345及“On Some Thermal Effects of Electric Currents”，William Henry Preece,Proceedings of the Royal Society of London, Vol. 30, p408_411 (1879-1881)。其揭示ー种热致发声装置，该热致发声装置通过向ー导体中通入交流电来实现发声。该导体具有较小的热容(Heat capacity)，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，随交流电电流強度的变化，导体迅速升降温，而和周围气体介质迅速发生热交換，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。另外，H.D. Arnold 和 I. B. Crandall 在文献“ The thermophone as a precisionsource of sound”，Phys. Rev. 10, p22_38 (1917)中揭不了一种简单的热致发声装置，其采用ー钼片作热致发声元件。受材料本身的限制，采用该钼片作热致发声元件的热致发声装置时，其所产生的发声频率最高仅可达4千赫兹，且发声效率较低。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种发声频率高且发声效果好的热致发声装置。ー种热致发声装置，其包括一基底，该基底为ー网状结构；一热致发声元件设置于该基底的表面；一致热装置用于向该热致发声元件提供能量使该热致发声元件产生热量；其中，所述热致发声元件包括一石墨烯膜，所述基底包括至少ー线状结构，所述至少一线状结构包括一碳纳米管线状结构及设置于该碳纳米管线状结构表面的绝缘层。与现有技术相比较，本发明所提供的热致发声装置具有以下优点其一，由于所述热致发声装置中的热致发声元件无需磁铁等其它复杂结构，故该热致发声装置的结构较为简单，有利于降低该热致发声装置的成本。其三，由于石墨烯膜的厚度较薄，热容较低，因此，其发声频率较高且具有较高的发声效率。
图I是本发明第一实施例提供的热致发声装置的俯视图。图2是沿图I中II-II线剖开的剖面图。图3是本发明第二实施例提供的热致发声装置的俯视图。图4是沿图3中IV-IV线剖开的剖面图。
图5是本发明第三实施例提供的热致发声装置的俯视图。图6是第三实施例中一种情况下沿图5中VI-VI线剖开的剖面图。图7为第三实施例中另ー种情况下沿图5中VI-VI线剖开的剖面图。图8是本发明第四实施例提供的热致发声装置的俯视图。图9是沿图8中IX-IX线剖开的剖面图。图10是图8中热致发声装置所采用的非扭转的碳纳米管线状结构的扫描电镜照片。图11是图8中热致发声装置所采用的扭转的碳纳米管线状结构的扫描电镜照片。
图12是本发明第五实施例提供的采用表面涂有绝缘层的碳纳米管层作为基底的热致发声装置的侧视剖面图。图13是图12中的碳纳米管层所采用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。图14是图12中的碳纳米管层所采用的碳纳米管絮化膜的扫描电镜照片。图15是图12中的碳纳米管层所采用的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。图16是本发明第六实施例提供的热致发声装置的俯视图。图17是沿图16中XVII-XVII线剖开的剖面图。图18是本发明第七实施例提供的热致发声装置的俯视图。图19是沿图18中XIX-XIX线剖开的剖面图。图20是本发明第八实施例提供的热致发声装置的侧视剖面图。图21是本发明第九实施例提供的热致发声装置的侧视剖面图。图22为本发明第十实施例提供的热致发声装置的侧视图。主要元件符号说明
热致发声装置 ]10 ；20 ；30 ；40 ；50 ；60 ；70 ；80 ；90 ；100
热致发声兀件102_
致热装置_104 ；1004_
弟一电极104a
第二电极_104b_
基底:208 ;308 ;408 ;508 ;608 ;908:
孔208a"
槽_308a _
表面_308b _
第一线状结构 :408a
第二线状结构 _408b_
网孔:408c:
间隙601
第一电极引线 610
第二电极引线 612_
间隔元件714
第一热致发声元件 802a 第二热致发声元件 802b 第一致热装置 こ804 第二致热装置 806
电磁波信号_1020_
如下具体实施方式
将结合上述附图进ー步说明本发明。
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热致发声装置。以下各实施例中将相同的元部件使用相同的标号表示。本发明实施例中所涉及的示意图是为了使本实施例得到更好的说明，对实施例本身并没有限制作用。请參阅图I及图2，本发明第一实施例提供ー种热致发声装置10，该热致发声装置10包括一热致发声元件102及一致热装置104。所述致热装置104用于向热致发声元件102提供能量，使热致发声元件102产生热量，发出声音。本实施例中，致热装置104向热致发声元件提供电能，使热致发声元件102在焦耳热的作用下产生热量。该致热装置104包括一第一电极104a及一第二电极104b。所述第一电极104a和第二电极104b分别与该热致发声元件102电连接。本实施例中，第ー电极104a和第二电极104b分别设置于热致发声兀件102的表面,并与该热致发声兀件102的两个相対的边齐平。 该致热装置104中的第一电极104a和第二电极104b用于向热致发声元件102提供电信号，使该热致发声元件102产生焦耳热，温度升高，从而发出声音。所述第一电极104a与第二电极104b可为层状(丝状或帯状)、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104a与第二电极104b可通过粘结剂粘结的方式固定于热致发声元件102的表面。而为防止热致发声元件102的热量被第一电极104a与第二电极104b过多吸收而影响发声效果，该第一电极104a及第ニ电极104b与热致发声元件102的接触面积较小为好，因此，该第一电极104a和第二电极104b的形状优选为丝状或帯状。该第一电极104a与第二电极104b材料可选择为金属、导电胶、导电浆料、铟锡氧化物(ΙΤ0)或碳纳米管等。当第一电极104a和第二电极104b具有一定强度时,第一电极104a和第二电极104b可以起到支撑该热致发声元件102的作用。如将第一电极104a和第二电极104b的两端分别固定在ー个框架上，热致发声元件102设置在第一电极104a和第二电极104b上，热致发声兀件102通过第一电极104a和第二电极104b悬空设置。本实施例中，第一电极104a与第二电极104b是利用银浆通过印刷方式如丝网印刷形成于热致发声元件102上的丝状银电极。该热致发声装置10进ー步包括一第一电极引线(图未示)及一第二电极引线(图未示)，该第一电极弓丨线与第二电极弓I线分别与热致发声装置10中的第一电极104a和第二电极104b电连接，使该第一电极104a与该第一电极引线电连接，使该第二电极104b与该第ニ电极引线电连接。所述热致发声装置10通过该第一电极引线和第二电极引线与外部电路电连接。所述热致发声元件102包括一石墨烯膜，所述石墨烯膜为一个ニ维结构的具有一定面积的膜结构。该石墨烯膜的厚度为O. 34纳米至10纳米。该石墨烯膜包括至少ー层石墨烯。当石墨烯膜包括多层石墨烯时，该多层石墨烯可以相互搭接形成石墨烯膜，以使石墨烯膜具有更大的面积；或者该多层石墨烯可以相互叠加形成石墨烯膜，以使石墨烯膜的厚度増加。优选地，该石墨烯膜为ー单层石墨烯。所述石墨烯为由多个碳原子通过SP2键杂化构成的单层的ニ维平面结构。该石墨烯的厚度可以为单层碳原子的厚度。石墨烯膜具有较高的透光性，单层的石墨烯的透光率可以达到97. 7%，因此，采用石墨烯膜作为热致发声元件的热致发声装置可以为一透明的热致发声装置。由于石墨烯膜的厚度非常薄，因此具有较低的热容，其热容可以小于2Χ1(Γ3焦耳每平方厘米开尔文，单层石墨烯的热容可以小于5. 57X IO-4焦耳每平方厘米开尔文。所述石墨烯膜为ー自支撑结构，所述自支撑为石墨烯膜不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑カ即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该石墨烯膜置于(或固定子)间隔ー固定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的石墨烯膜能够悬空保持自身膜状状态。实验表明，石墨烯并非一个百分之百的光洁平整的ニ维膜，而是有大量的微观起伏在单层石墨烯的表面上，单层石墨烯正是借助这种方式来維持自身的自支撑性及稳定性。所述石墨烯膜的致备方法可以为化学气相沉积法、LB法或采用胶带从定向石墨上撕取的方法。本实施例中，采用化学气相沉积法制备石墨烯膜。该石墨烯膜采用化学气相沉积法生长在ー个金属膜基底的表面。所述热致发声元件102的工作介质不限，只需满足其电阻率大于所述热致发声元件102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ー种或多种。所述液态介质的电阻率 大于O. 01欧姆 米，优选地，所述液态介质为纯浄水。纯净水的电导率可达到1.5Χ107欧姆·米，且其单位面积热容也较大，可以传导出热致发声元件102产生的热量，从而可对热致发声元件102进行散热。本实施例中，所述介质为空气。本实施例的热致发声装置10可通过第一电极104a及第ニ电极104b与外部电路电连接，而由此接入外部信号发声。由于热致发声元件102包括石墨烯膜，石墨烯膜具有较小的単位面积热容以及较大的散热面积，在致热装置104向热致发声元件102输入信号后，所述热致发声元件102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換，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，本发明实施例的热致发声元件102是藉由“电-热-声”的转换来达到发声。另外，利用石墨烯膜的高透光度，该热致发声装置10呈ー透明热致发声装置。本实施例提供的热致发声装置10的声压级大于50分贝每瓦声压级，发声频率范围为I赫兹至10万赫兹(即IHz-IOOkHz)。所述热致发声装置在500赫兹-4万赫兹频率范围内的失真度可小于3%。请參阅图3及图4，本发明第二实施例提供ー种热致发声装置20。本实施例所提供的热致发声装置20与第一实施例提供的热致发声装置10的不同之处在于，本实施例中的该热致发声装置20进ー步包括一基底208。所述热致发声元件102设置于该基底208的表面。所述第一电极104a和第二电极104b设置于该热致发声兀件102的表面。该基底208的形状、尺寸及厚度均不限，该基底208的表面可为平面或曲面。该基底208的材料不限，可以为具有一定強度的硬性材料或柔性材料。优选地，该基底208的材料的电阻应大于该热致发声元件102的电阻，且具有较好的绝热和耐热性能，从而防止该热致发声元件102产生的热量过多的被该基底208吸收。具体地，所述绝缘材料可以为玻璃、陶瓷、石英、金刚石、塑料、树脂或木质材料。本实施例中，所述基底208包括至少ー个孔208a。该孔208a的深度小于或等于所述基底208的厚度。当孔208a的深度小于基底208的厚度吋，孔208a为ー盲孔。当孔208a的深度等于基底208的厚度吋，孔208a为一通孔。所述孔208a的横截面的形状不限，可以为圆形、正方形、长方形、三角形，多边形、エ字形、或者不规则图形。当该基底208包括多个孔208a时,该多个孔208a可均勻分布、以一定规律分布或随机分布于该基底208。每相邻两个孔208a的间距不限，优选为100微米至3毫米。本实施例中，所述基底包括多个孔208a，该孔208a为通孔，其横截面为圆柱形，其均匀分布于基底208。该热致发声元件102设置于基底208的表面，并相对于基底208上的孔208a悬空设置。本实施例中，由于该热致发声元件102位于孔208a上方的部分悬空设置，该部分的热致发声元件102两面均与周围介质接触，增加了热致发声元件102与周围气体或液体介质接触的面积，并且，由于该热致发声元件102另一部分与该基底208的表面直接接触，并通过该基底208支撑，故该热致发声元件102不易被破坏。请參见图5，本发明第三实施例提供ー种热致发声装置30。本实施例所提供的热致发声装置30与第二实施例提供的热致发声装置20的区别在于，本实施例中，该热致发声装置30的基底308包括至少ー个槽308a，该槽308a设置于基底308的ー个表面308b。槽308a的深度小于基底308的厚度。所述槽308a可以为ー盲槽或一通槽。当槽308a为ー盲槽时，槽308a的长度小于基底308的两个相对的侧面之间的距离。当槽308a为通槽时，槽 308a的长的等于基底308的两个相对的侧面之间的距离。所述槽308a使该表面308b形成一凹凸不平的表面。该槽308a的深度小于所述基底308的厚度，该槽308a的长度不限。该槽308a在该基底308的表面308b上的形状可为长方形、弓形、多边形、扁圆形或其他不规则形状。请參阅图5，本实施例中，基底308上设置有多个槽308a，该槽308a为盲槽，该槽308a在基底308的表面308b上的形状为长方形。请參见图6，该槽308a在其长度方向上的横截面为长方形，即，该槽308a为ー长方体结构。请參阅图7，该槽308a在其长度方向上的横截面为三角形，即，该槽308a为一三棱柱结构。当该基底308的表面308b具有多个盲槽时，该多个盲槽可均勻分布、以一定规律分布或随机分布于该基底308的表面308b。请參阅图7，相邻两个盲槽的槽间距可接近于0，即所述基底308与该热致发声元件102接触的区域为多个线。可以理解，在其他实施例中，通过改变该槽308a的形状，该热致发声元件102与该基底308接触的区域为多个点，即该热致发声元件102与该基底308之间可为点接触、线接触或面接触。本实施例的热致发声装置30中，由于所述基底308包括至少ー槽308a，该槽308a可以反射所述热致发声元件102发出的声波,从而增强所述热致发声装置30在热致发声元件102 —侧的发声強度。当该相邻的槽308a之间的距离接近于O时，该基底308既能支撑该热致发声元件102，又能使该热致发声元件102具有与周围介质接触的最大表面积。可以理解，当该槽308a的深度达到某ー值时,通过该槽308a反射的声波会与原声波产生叠加，从而引起相消干渉，影响热致发声元件102的发声效果。为避免这ー现象，优选地，该槽308a的深度小于等于10毫米。另外，当该槽308a的深度过小，通过基底308悬空设置的热致发声元件102与基底308距离过近，不利于该热致发声元件102的散热。因此，优选地，该槽308a的深度大于等于10微米。请參见图8及图9，本发明第四实施例提供ー种热致发声装置40。本实施例所提供的热致发声装置40与第二实施例提供的热致发声装置20的区别在于，本实施例中，该热致发声装置40的基底408为ー网状结构。所述基底408包括多个第一线状结构408a及多个第二线状结构408b。所述的线状结构也可以为带状或者条状的结构。该多个第一线状结构408a与该多个第二线状结构408b相互交叉设置形成ー网状结构的基底408。所述多个第一线状结构408a可以相互平行，也可以不相互平行，所述多个第二线状结构408b可以相互平行，也可以不相互平行，当多个第一线状结构408a相互平行，且多个第二线状结构408b相互平行时，具体地，所述多个第一线状结构408a的轴向均沿第一方向LI延伸，相邻的第一线状结构408a之间的距离可以相等也可以不等。相邻的两个第一线状结构408a之间的距离不限，优选地，其间距小于等于I厘米。本实施例中，该多个第一线状结构408a之间等间距间隔设置，相邻的两个第一线状结构408a之间的距离为2厘米。所述多个第二线状结构408b彼此间隔设置且其轴向均基本沿第二方向L2延伸，相邻的第二线状结构408b之间的距离可以相等也可以不等。相邻的两个第二线状结构408b之间的距离不限，优选地，其间距小于等于I厘米。第一方向LI与第二方向L2形成ー夹角α，0° く a <90°。本实施例中，第一方向LI和第二方向L2之间的夹角为90°。所述多个第一线状结构408a与该多个第二线状结构408b交叉设置的方式不限。本实施例中，第一线状结构408a和第二线状结构408b相互编织形成ー网状结构。在另ー实施例中，所述多个间隔设置的第二线状结构408b接触设置于所述多个第一线状结构408a的同一侧。该多个第二线状结构408b与该多 个第一线状结构408a的接触部可通过粘结剂固定设置，也可以通过焊接的方式固定设置。当第一线状结构408a的熔点较低时，也可以通过热压的方式将第二线状结构408b与第一线状结构408a固定设置。所述基底408具有多个网孔408c。该多个网孔408c由相互交叉设置的所述多个第一线状结构408a以及多个第二线状结构408b围成。所述网孔408c为四边形。根据该多个第一线状结构408a和该多个第二线状结构408b的交叉设置的角度不同，网孔408c可以为正方形、长方形或菱形。网孔408c的大小由相邻的两个第一线状结构408a之间的距离和相邻的两个第二线状结构408b之间的距离決定。本实施例中，由于所述多个第一线状结构408a与多个第二线状结构408b分别等间距平行设置，且该多个第一线状结构408a与该多个第二线状结构408b相互垂直，所以网孔408c为正方形，其边长为2厘米。所述第一线状结构408a的直径不限，优选为10微米飞毫米。该第一线状结构408a的材料由绝缘材料制成，该材料包括纤维、塑料、树脂或硅胶等。所述第一线状结构408a可以为纺织材料，具体地，该第一线状结构408a可以包括植物纤维、动物纤维、木纤维及矿物纤维中的ー种或多种，如棉线、麻线、毛线、蚕丝线、尼龙线或氨纶等。优选地，该绝缘材料应具有一定的耐热性质和柔性，如尼龙或聚酯等。另外，该第一线状结构408a也可为外表包有绝缘层的导电丝。该导电丝可以为金属丝或者碳纳米管线状结构。所述金属包括金属单质或者合金，该单质金属可以为铝、铜、钨、钥、金、钛、钕、钯或铯等，该金属合金可以为上述单质金属任意组合的合金。该绝缘层的材料可以为树脂、塑料、ニ氧化硅或金属氧化物等。本实施例中，该第一线状结构408a为表面涂覆有ニ氧化硅的碳纳米管线状结构，ニ氧化硅构成的绝缘层将碳纳米管线状结构包裹，从而构成该第一线状结构408a。所述第二线状结构408b的结构和材料与第一线状结构408a的结构和材料相同。在同一实施例中，第二线状结构408b的结构和材料可以和第一线状结构408a的结构和材料相同，也可以不相同。本实施例中，第二线状结构408b为表面涂覆有绝缘层的碳纳米管线状结构。所述碳纳米管线状结构包括至少ー根碳纳米管线，该碳纳米管线包括多个碳纳米管。该碳纳米管可以为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的ー种或几种。所述碳纳米管线可以为由多个碳纳米管组成的纯结构。当碳纳米管线状结构包括多根碳纳米管线时，该多根碳纳米管线可以相互平行设置。当碳纳米管线状结构包括多根碳纳米管线时，该多根碳纳米管线可以相互螺旋缠绕。碳纳米管线状结构中的多根碳纳米管线也可以通过粘结剂相互固定。所述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。请參阅图10，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿碳纳米管线长度方向延伸并首尾相连的碳纳米管。优选地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段之间通过范德华力首尾相连，每ー碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。即，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管沿同一方向延伸。在延伸方向上的碳纳米管通过范德华カ相互连接。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为O. 5纳米 100微米。所述扭转的碳纳米管线为采用一机械カ将所述非扭转的碳纳米管线沿相反方向 扭转获得。请參阅图11，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。优选地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段之间通过范德华力首尾相连，每ー碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该扭转的碳纳米管线长度不限，直径为O. 5纳米 100微米。所述碳纳米管线及其制备方法请參见范守善等人于2002年9月16日申请的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C号中国公告专利“ー种碳纳米管绳及其制造方法”，申请人清华大学，鸿富锦精密エ业(深圳)有限公司，以及于2007年6月20日公开的第CN1982209A号中国公开专利申请“碳纳米管丝及其制作方法”，申请人清华大学，鸿富锦精密エ业(深圳)有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。本实施例所提供的热致发声装置40采用网状结构的基底408具有以下优点其一，网状结构包括多个网孔，在给热致发声元件102提供支撑的同时，可以使热致发声元件102与周围介质具有较大的接触面积。其ニ，网状结构的基底408可以具有较好的柔韧性，因此，热致发声装置40具有较好的柔韧性。其三，当第一线状结构408a或/和第二线状结构408b包括涂覆有绝缘层的碳纳米管线状结构时，碳纳米管线状结构可以具有较小的直径，更进一步增加了热致发声元件102与周围介质的接触面积；碳纳米管线状结构具有较小的密度，因此，热致发声装置40的质量可以较小；碳纳米管线状结构具有较好的柔韧性，可以多次弯折而不被破坏，因此，该热致发声装置40可以具有更长的使用寿命。可以理解的，本实施例中的基底408的网状结构也可以由至少ー根上述各种线状结构编织而成。当基底408包括一根线状结构时，该ー根线状结构可以多次弯折交叉后形成ー网状结构。请參见图12，本发明第五实施例提供ー种热致发声装置50。本实施例所提供的热致发声装置50与第二实施例提供的热致发声装置的区别在于，本实施例中，该热致发声装置50的基底508为ー碳纳米管复合结构。该碳纳米管复合结构包括一碳纳米管层及涂覆在该碳纳米管层表面的绝缘材料层。所述碳纳米管层包括多个均匀分布的碳纳米管。该碳纳米管可以为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的ー种或几种。所述碳纳米管层中的碳纳米管之间可以通过范德华力紧密结合。该碳纳米管层中的碳纳米管为无序或有序排列。这里的无序排列指碳纳米管的排列方向无规律，这里的有序排列指至少多数碳纳米管的排列方向具有一定规律。具体地，当碳纳米管层包括无序排列的碳纳米管时，碳纳米管可以相互缠绕或者各向同性排列；当碳纳米管层包括有序排列的碳纳米管时，碳纳米管沿ー个方向或者多个方向择优取向排列。该碳纳米管层的厚度不限，可以为O. 5纳米 I厘米，优选地，该碳纳米管层的厚度可以为100微米 I毫米。该碳纳米管层进一歩包括多个微孔，该微孔由碳纳米管之间的间隙形成。所述碳纳米管层中的微孔的孔径可以小于等于50微米。所述碳纳米管层可包括至少ー层碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜或碳纳米管碾压膜。请參阅图13，该碳纳米管拉膜包括多个通过范德华力相互连接的碳纳米管。所述多个碳纳米管基本沿同一方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管拉膜的表面。进ー步地，所述碳纳米管拉膜中多数碳纳米管是通过范德华カ首尾相连。具体地，所述碳纳米管拉膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华カ首尾相连。当然，所述碳纳米管 拉膜中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。所述碳纳米管拉膜为一自支撑的膜。所述自支撑为碳纳米管拉膜不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑カ即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管拉膜置于(或固定子)间隔ー固定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管拉膜能够悬空保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管拉膜中存在连续的通过范德华カ首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。所述碳纳米管拉膜的厚度可以为O. 5纳米 100微米，宽度与长度不限，根据第二基体108的大小设定。所述碳纳米管拉膜的具体结构及其制备方法请參见范守善等人于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。为节省篇幅，仅引用于此，但所述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。当碳纳米管层包括多层碳纳米管拉膜时，相邻两层碳纳米管拉膜中的碳纳米管的延伸方向之间形成的交叉角度不限。请參见图14，所述碳纳米管絮化膜为通过ー絮化方法形成的碳纳米管膜。该碳纳米管絮化膜包括相互缠绕且均匀分布的碳纳米管。所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸弓I、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，且为ー自支撑结构，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I微米 I毫米。所述碳纳米管絮化膜及其制备方法请參见范守善等人于2007年4月13日申请的，于2008年10月15日公开的第CN101284662A号中国公开专利申请“碳纳米管膜的制备方法”，申请人清华大学，鸿富锦精密エ业(深圳)有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。请參见图15，所述碳纳米管碾压膜包括均匀分布的碳纳米管，碳纳米管沿同一方向或不同方向择优取向排列。碳纳米管也可以是各向同性的。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管相互部分交叠，并通过范德华カ相互吸引，紧密结合。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ー夹角β，其中，β大于等于O度且小于等于15度(0< β < 15° )。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。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。可以理解，当沿不同方向碾压时，碳纳米管可沿多个方向择优取向排列。该碳纳米管碾压膜厚度不限，优选为为I微米毫米。该碳纳米管碾压膜的面积不限，由碾压出膜的碳纳米管阵列的大小決定。当碳纳米管阵列的尺寸较大时，可以碾压制得较大面积的碳纳米管碾压膜。所述碳纳米管碾压膜及其制备方法请參见范守善等人于2007年6月I日申请的，于2008年12月3日公开的第CN101314464A号中国公开专利申请“碳纳米管膜的制备方法”，申请人清华大学，鸿富锦精密エ业(深圳)有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。 所述绝缘材料层位于碳纳米管层的表面，该绝缘材料层的作用为使碳纳米管层与热致发声元件102相互绝缘。该绝缘材料层仅分布于碳纳米管层的表面,或者绝缘材料层包裹碳纳米管层中的每根碳纳米管。当绝缘材料层的厚度较薄时，不会将碳纳米管层中的微孔堵塞，因此，该碳纳米管复合结构包括多个微孔。所述热致发声元件102相对于该多个微孔至少部分悬空设置。多个微孔使热致发声元件102与外界接触面积较大。本实施例所提供的热致发声装置50采用碳纳米管复合结构作为基底508，具有以下优点第一，碳纳米管复合结构包括碳纳米管层和涂覆在碳纳米管层表面的绝缘材料层，由于碳纳米管层可以由纯的碳纳米管组成的结构，因此，碳纳米管层的密度小，质量相对较轻，因此，热致发声装置50具有较小的质量，方便应用；第二，碳纳米管层中的微孔是由碳纳米管之间的间隙构成，分布均匀，在绝缘材料层较薄的情况下，碳纳米管复合结构可以保持该均匀分布的微孔结构，因此，热致发声元件102通过该基底508可以与外界空气较均匀地接触；第三，所述碳纳米管层具有良好的柔韧性，可以多次弯折而不被破坏，因此，碳纳米管复合结构具有较好的柔韧性，采用碳纳米管复合结构作为基底508的热致发声装置50为ー柔性的发声装置，可以设置成任何形状不受限制。请參见图16及图17，本发明第六实施例提供ー种热致发声装置60，该热致发声装置60包括一基底608、一致热装置104及一热致发声元件102。该致热装置104包括多个第一电极104a及多个第二电极104b,所述多个第一电极104a和多个第二电极104b分别和热致发声元件102电连接。所述多个第一电极104a与多个第二电极104b交替间隔设置于基底608。所述热致发声兀件102设置于该多个第一电极104a与多个第二电极104b上,使该多个第一电极104a与多个第二电极104b位于基底608与热致发声元件102之间，该热致发声元件102相对于基底608部分悬空。S卩，多个第一电极104a、多个第二电极104b、热致发声兀件102以及基底608共同形成有多个间隙601，从而使该热致发声元件102与周围空气产生较大的接触面积。各个相邻的第一电极104a与第二电极104b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104a与第二电极104b之间的距离相等。相邻的第一电极104a与第二电极104b之间的距离不限，优选为10微米 I厘米。所述基底608主要起承载第一电极104a与第二电极104b的作用。该基底608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608的材料应具有较好的绝热性能，从而防止该热致发声元件102产生的热量被该基底608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608的材料可为玻璃、树脂或陶瓷等。本实施例中，所述基底608为ー正方形的玻璃板，其边长为4. 5厘米，厚度为I毫米。该间隙601由一个第一电极104a、一个第二电极104b与基底608定义，该间隙601的高度取决于第一电极104a与第二电极104b的高度。在本实施例中，第一电极104a与第二电极104b的高度范围为I微米 I厘米。优选地，第一电极60a4和第二电极104b的高度为15微米。所述第一电极104a与第二电极104b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。该第ー电极104a与第二电极104b可通过螺栓连接或粘结剂粘结等方式固定于基底608。而为 防止热致发声元件102的热量被第一电极104a与第二电极104b过多吸收而影响发声效果，该第一电极104a及第ニ电极104b与热致发声元件102的接触面积较小为好，因此，该第一电极104a和第二电极104b的形状优选为丝状或带状。该第一电极104a与第二电极104b材料可选择为金属、导电胶、导电浆料、铟锡氧化物(ΙΤ0)、碳纳米管或碳纤维等。当第ー电极104a或第二电极104b的材料为碳纳米管时，该第一电极104a或第二电极104b可以为ー碳纳米管线状结构。该碳纳米管线状结构的结构与第四实施例提供的碳纳米管线状结构相同。由于碳纳米管线状结构中的碳纳米管首尾相连，因此，碳纳米管线状结构具有良好的导电性，可以用作电极。该发声装置60进ー步包括一第一电极引线610及一第二电极引线612,该第一电极引线610与第二电极引线612分别与热致发声装置60中的第一电极104a和第二电极104b连接,使多个第一电极104a分别与该第一电极引线610电连接,使多个第二电极104b分别与该第二电极引线612电连接。所述发声装置60通过该第一电极引线610和第二电极引线612与外部电路电连接。这种连接方式可以使第一电极引线610和第二电极引线612之间的热致发声元件102的方块电阻大大减小,可以提高热致发声元件102的发声效率。本实施例中，多个第一电极104a和多个第二电极104b可以起到支撑热致发声元件102的作用，因此，基底608并非必须的元件。当本实施例中的热致发声装置60不包括基底608时，第一电极104a和第二电极104b在使热致发声元件102与外部电路电连接的同时，还可以保护和支撑热致发声元件102。本实施例中，第一电极104a与第二电极104b为用丝网印刷方法形成的丝状银电极。第一电极104a数量为四个,第二电极104b数量为四个,该四个第一电极104a与四个第二电极104b交替且等间距设置于基底608。每个第一电极104a与第二电极104b的长度均为3厘米，高度为15微米，相邻的第一电极104a与第二电极104b之间的距离为5毫米。本实施例提供的热致发声装置60中，热致发声元件102通过多个第一电极104a和多个第二电极104b悬空设置，増加了热致发声元件102与周围空气的接触面积，有利于热致发声元件102与周围空气热交换，提高了发声效率。请參见图18和图19，本发明第七实施例提供ー种热致发声装置70。该热致发声装置70包括一基底608、一致热装置104及一热致发声元件102。该致热装置104包括多个第一电极104a及多个第二电极104b,所述多个第一电极104a和多个第二电极104b分别和热致发声元件102电连接。该热致发声元件102包括一石墨烯膜。本实施例所提供的热致发声装置70与第六实施例所提供的热致发声装置60的结构基本相同，其区别在于，本实施例中，相邻的两个第一电极104a和第二电极104b之间进一歩包括至少ー个间隔元件714。所述间隔元件714与基底608可以为分离的元件，该间隔元件714通过例如螺栓连接或粘结剂粘结等方式固定于基底608。另外，该间隔元件714也可以与基底608 —体成型，即间隔元件714的材料与基底608的材料相同。该间隔元件714的形状不限，可为球形、丝状或帯状结构。为保持热致发声元件102具有良好的发声效果，该间隔元件714在支撑热致发声元件102的同时应与热致发声元件102具有较小的接触面积，优选为该间隔元件714与热致发声元件102之间为点接触或线接触。在本实施例中，该间隔元件714的材料不限，可为玻璃、陶瓷或树脂等的绝缘材料，也可为金属、合金或铟锡氧化物等的导电材料。当间隔元件714为导电材料时，其与第 ー电极104a和第二电极104b电性绝缘，且，优选地，间隔元件714与第一电极104a和第二电极104b平行。该间隔元件714的高度不限，优选为10微米 I厘米。本实施例中，该间隔元件714为采用丝网印刷方法形成的丝状银，该间隔元件714的高度与所述第一电极104a及第ニ电极104b的高度相同，为20微米。间隔元件714与第一电极104a和第二电极104b平行设置。由于间隔元件714的高度与第一电极104a和第二电极104b的高度相同，因此，所述热致发声元件102位于同一平面。所述热致发声元件102设置于间隔元件714、第一电极104a及第ニ电极104b。该热致发声元件102通过该间隔元件714与基底608间隔设置，且与该基底608形成有一空间701，该空间701是由所述第一电极104a或所述第二电极104b、所述间隔元件714、基底608以及热致发声元件102共同形成。进ー步地，为防止热致发声元件102产生驻波，保持热致发声元件102良好的发声效果,该热致发声元件102与基底608之间的距离优选为10微米 I厘米。本实施例中，由于第一电极104a、第二电极104b及间隔元件714的高度为20微米，所述热致发声元件102设置于第一电极104a、第二电极104b及间隔元件714，因此，该热致发声元件102与基底608之间的距离为20微米。可以理解，第一电极104a和第二电极104b对热致发声元件102也有一定的支撑作用，但当第一电极104a和第二电极104b之间的距离较大时，对热致发声元件102的支撑效果不佳，在第一电极104a和第二电极104b之间设置间隔元件714，可起到较好支撑热致发声元件102的作用，使热致发声元件102与基底608间隔设置并与基底608形成有一空间701，从而保证热致发声元件102具有良好的发声效果。请參见图20，本发明第八实施例提供ー种热致发声装置80。该热致发声装置80包括至少ー个致热装置和多个热致发声元件。所述多个热致发声元件的情况包括两种第一，该多个热致发声元件的数量为至少两个，热致发声元件之间没有相互接触；第二，该多个热致发声元件的数量为ー个，该热致发声元件设置于一具有曲面的基底上，使其法线方向为多个或者该热致发声元件弯折后设置于不同的平面上。致热装置可以与热致发声元件一一对应，也可以ー个致热装置对应多个热致发声元件。该致热装置也可以为由对应所述多个热致发声元件的多个部位组成的一整体结构。本实施例中，该热致发声装置80包括一第一致热装置804、一第二致热装置806、一基底208、一第一热致发声元件802a及一第二热致发声元件802b。所述基底208包括一第一表面(图未标)及一第二表面(图未标)。所述基底208的形状、尺寸及厚度均不限。所述第一表面和第二表面可为平面、曲面或凹凸不平的表面。第一表面和第二表面可以为相邻的两个表面，也可以为相対的两个表面。本实施例中，所述基底208为ー长方体结构,第一表面和第二表面为两个相对的表面。所述基底208进ー步包括多个通孔208a,该通孔208a贯穿于第一表面和第二表面，从而使第一表面和第二表面成为凹凸不平的表面。所述多个通孔208a可以相互平行设置。所述第一热致发声兀件802a设置于基底208的第一表面上,并相对于该第一表面至少部分悬空设置。所述第二热致发声元件802b设置于第二表面上，并相对于第二表面至少部分悬空设置。所述第一热致发声元件802a为一石墨烯膜。所述第二热致发声元件802b为ー石墨烯膜或者ー碳纳米管层。所述碳纳米管层的结构与第五实施例中所掲示的碳 纳米管层的结构相同。由于碳纳米管层包括至少ー层碳纳米管膜，碳纳米管层的厚度较小，具有较小的単位面积热容，因此，碳纳米管层也可以作为热致发声元件。所述第一致热装置804包括一第一电极104a及一第二电极104b。所述第一电极104a和第二电极104b分别与该第一热致发声兀件802a电连接。本实施例中，第一电极104a和第二电极104b分别设置于第一热致发声兀件802a的表面，并与该第一热致发声兀件802a的两个相対的边齐平。所述第二致热装置806包括一第一电极104a及一第二电极104b。所述第一电极104a和第二电极104b分别与该第二热致发声元件802b电连接。本实施例中，第一电极104a和第二电极104b分别设置于第二热致发声兀件802b的表面，并与该第一热致发声元件802a的两个相対的边齐平。本实施例所提供的热致发声装置80为双面发声装置，通过在两个不同的表面上设置热致发声元件，可以使热致发声元件所发出的声音传播范围更大且更清晰。可以通过控制致热装置选择让任何一个热致发声元件发出声音，或者同时发出声音，使该热致发声装置的使用范围更加广泛。进ー步地，当一个热致发声元件出现故障吋，另ー个热致发声元件可以继续工作，提高了该热致发声装置的使用寿命。请參见图21，本发明第九实施例提供ー种热致发声装置90。本实施例所提供的热致发声装置90与第八实施例提供的热致发声装置80的结构的区别在于，本实施例所提供的热致发声装置90为ー多面发声装置。本实施例中，所述基底908为ー长方体结构，其包括四个不同的表面，该四个不同的表面为凹凸不平的表面。所述热致发声装置90包括四个热致发声元件102，其中ー个热致发声元件102为一石墨烯膜，另外三个热致发声元件102可以为石墨烯膜，也可以为碳纳
米管层。每个致热装置104分别包括ー个第一电极104a和ー个第二电极104b。第一电极104a和第二电极104b分别与ー个热致发声元件102电连接。本实施例所提供的热致发声装置90可以实现向多个方向传播声音。请參见图22，本发明第十实施例提供ー种热致发声装置100。该热致发声装置100包括一热致发声元件102、一基底208及一致热装置1004。所述热致发声元件102设置于所述基底208。本实施例所提供的热致发声装置100与第二实施例提供的热致发声装置20的结构的区别在于，本实施例所提供的热致发声装置100中，致热装置1004为ー激光器，或其它电磁波信号发生装置。从该致热装置1004发出的电磁波信号1020传递至该热致发声元件102，该热致发声元件102发声。该致热装置1004可正对该热致发声元件102设置。当致热装置1004为ー激光器吋，当该基底208为透明基板吋，该激光器可对应于该基底208远离该热致发声元件102的表面设置，从而使从激光器发出的激光穿过基底208传递至该热致发声元件102。另外，当该致热装置1004发出的是ー电磁波信号吋，该电磁波信号可透过基底208传递至该热致发声元件102，此时，该致热装置1004也可以对应于该基底208远离该热致发声元件102的表面设置。本实施例的热致发声装置100中，当热致发声元件102受到如激光等电磁波的照射时，该热致发声元件102因吸收电磁波的能量而受激发，并通过非辐射使吸收的光能全 部或部分转变为热。该热致发声元件102温度根据电磁波信号1020频率及強度的变化而变化，并和周围的空气或其他气体或液体介质进行迅速的热交换，从而使其周围介质的温度也产生等频率的变化，造成周围介质迅速的膨胀和收缩，从而发出声音。由于该热致发声装置的工作原理为将一定形式的能量以极快的速度转换为热量，并和周围气体或液体介质进行快速的热交换，从而使该介质膨胀及收缩，从而发出声音。可以理解，所述能量形式不局限于电能或光能，该致热装置也不局限于上述实施例中的电极或电磁波信号发生器，任何可以使该热致发声元件发热，并按照音频变化加热周围介质的装置均可看作一致热装置，并在本发明保护范围内。本发明中的石墨烯膜具有较好的韧性和机械强度，所以石墨烯膜可方便地制成各种形状和尺寸的热致发声装置。本发明的热致发声装置不仅单独可以作为扬声器使用，也可方便地应用于各种需要发声装置的电子装置中。该热致发声装置可以内置于电子装置壳体中或者壳体外表面，作为电子装置的发声单元。该热致发声装置可以取代电子装置的传统的发声単元，也可以与传统发声单元组合使用。该热致发声装置可以与电子装置的其他电子元件公用电源或公用处理器等。也可以通过有线或无线的方式与电子装置连接，有线的方式比如通过信号传输线与电子装置的USB接ロ结合，无线的方式比如通过蓝牙方式与电子装置连接。该热致发声装置也可以安装或集成在电子装置的显示屏上，作为电子装置的发声单元。该电子装置可以为音响、手机、MP3、MP4、游戏机、数码相机、数码摄像机、电视或计算机等。例如，当电子装置为手机吋，由于本实施例提供的热致发声装置为ー透明的结构，该热致发声装置可以通过机械固定方式或者粘结剂贴合在手机显示屏的表面。当电子装置为MP3时，该热致发声装置可以内置于MP3中，与MP3内部的电路板电连接，当MP3通电时，该热致发声装置可以发出声音。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
1.ー种热致发声装置，其包括 一基底，该基底为ー网状结构； 一热致发声元件设置于该基底的表面； 一致热装置用于向该热致发声元件提供能量使该热致发声元件产生热量； 其特征在于，所述热致发声元件包括一石墨烯膜，所述基底包括至少ー线状结构，所述至少ー线状结构包括一碳纳米管线状结构及设置于该碳纳米管线状结构表面的绝缘层。
2.如权利要求I所述的热致发声装置，其特征在于，所述石墨烯膜包括多层石墨烯，该多层石墨烯相互搭接或者相互叠加设置。
3.如权利要求I所述的热致发声装置，其特征在于，所述石墨烯膜为单层石墨烯。
4.如权利要求I所述的热致发声装置，其特征在于，所述石墨烯膜的厚度为O.34纳米至10纳米。
5.如权利要求I所述的热致发声装置，其特征在于，所述基底为由ー个碳纳米管线状结构弯折成的网状结构，该碳纳米管线状结构的表面设置有绝缘层。
6.如权利要求I所述的热致发声装置，其特征在于，所述基底为由多个碳纳米管线状结构组成的网状结构，该多个碳纳米管线状结构的表面均设置有绝缘层。
7.如权利要求I所述的热致发声装置，其特征在于，所述基底包括多个第一线状结构和多个第二线状结构，该多个第一线状结构和该多个第二线状结构相互交叉设置，所述第ー线状结构包括该碳纳米管线状结构及设置于该碳纳米管线状结构表面的绝缘层，所述第ニ线状结构包括一碳纳米管线状结构及设置于该碳纳米管线状结构表面的绝缘层。
8.如权利要求5至7中任一项所述的热致发声装置，其特征在于，所述碳纳米管线状结构包括至少ー根碳纳米管线，该碳纳米管线包括多个碳纳米管。
9.如权利要求8所述的热致发声装置，其特征在于，所述碳纳米管线中碳纳米管的延伸方向平行于碳纳米管线的轴向方向。
10.如权利要求9所述的热致发声装置，其特征在于，所述碳纳米管线中在同一延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华カ首尾相连。
11.如权利要求8所述的热致发声装置，其特征在于，所述碳纳米管线中的碳纳米管首尾相连且螺旋缠绕。
12.如权利要求8所述的热致发声装置，其特征在于，所述碳纳米管线为由该多个碳纳米管组成的纯结构。
13.如权利要求I所述的热致发声装置，其特征在于，所述基底包括多个第一线状结构和多个第二线状结构，该多个第一线状结构和该多个第二线状结构相互交叉设置，所述第ー线状结构包括该碳纳米管线状结构及设置于该碳纳米管线状结构表面的绝缘层，所述第ニ线状结构为绝缘材料或表面涂覆有绝缘层的导电丝。
14.如权利要求I所述的热致发声装置，其特征在于，所述基底具有多个网孔，该热致发声元件在相对于该网孔的位置悬空设置。
15.如权利要求I所述的热致发声装置，其特征在于，所述致热装置包括一第一电极和一第二电极分别与该热致发声元件电连接。
16.如权利要求I中任一项所述的热致发声装置，其特征在于，所述致热装置为ー电磁波信号发生装置。
17.如权利要求16所述的热致发声装置，其特征在于，所述致热装置为ー激光器。
18.ー种电子装置，其特征在干，该电子装置包括如权利要求I至17中任ー项所述的热致发声装置。
19.如权利要求18所述的电子装置，其特征在于，所述热致发声装置内置于该电子装置中或者直接设置于该电子装置的外売。
20.如权利要求18所述的电子装置，其特征在于，所述热致发声装置通过USB接ロ与该电子装置连接或者通过蓝牙与该电子装置无线连接。
21.如权利要求18所述的电子装置，其特征在于，所述电子装置包括音响、手机、MP3、MP4、游戏机、数码相机、数码摄像机、电视或计算机。
22.如权利要求18所述的电子装置，其特征在干，该电子装置进ー步包括一显示屏，所述热致发声装置设置于该显示屏的表面。
全文摘要
一种热致发声装置，其包括一基底，该基底为一网状结构；一热致发声元件设置于该基底的表面；一致热装置用于向该热致发声元件提供能量使该热致发声元件产生热量；其中，所述热致发声元件包括一石墨烯膜，所述基底包括至少一线状结构，所述至少一线状结构包括一碳纳米管线状结构及设置于该碳纳米管线状结构表面的绝缘层。本发明进一步提供一种应用上述热致发声装置的电子装置。
文档编号H04R23/00GK102724616SQ201110076748
公开日2012年10月10日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者姜开利, 林晓阳, 肖林, 范守善 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司