专利名称：热致发声元件的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种热致发声元件的制备方法，尤其涉及一种石墨烯膜的热致发声元件的制备方法。
背景技术：
热致发声装置一般由信号输入装置和热致发声元件组成，通过信号输入装置将输入信号输入到该发声元件，进而发出声音。请参见文献H. D. Arnold, I. B. Crandall.The thermophone as a precision source of sound. Phys. Rev. 10, 22-38 (1917)，其利用一极薄的钼片作为热致发声元件，具体发声过程为将一交流音频电信号输入该热致发声元件中，由于该钼片具有较小的单位面积热容，该钼片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，该钼片可迅速升降温，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，即该热致发声元件的发声原理为“电-热-声”的转换。然而，受该热致发声材料本身的限制，钼片的厚度最小只能达到0. 7微米，而0. 7微米厚的钼片的单位面积热容为2 X IO-4焦耳每平方厘米开尔文。因此，所述热致发声元件的发声频率最高仅可为4千赫兹，所述热致发声元件的发声频率范围较窄，发声强度低，几乎无法发出人耳能够直接听到的声音。近几年来，随着石墨烯及纳米材料研究的不断深入，其广阔的应用前景不断显现出来。石墨烯请参见文献K. S. Novoselov, et al. Electric field effect inatomically thin carbon films. Science, 2004, 306(5696): 666-669是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝煤状晶格结构的一种碳质新材料，具有优异的电学性能和热学性能，其室温电子迁移率可达ISOOOcm2V-1S'热传导率可达SOOOWnr1K'关于石墨烯在场发射、传感器等领域的应用研究不断被报道。但是，关于石墨烯作为热致发声元件用在热致发声装置上的报道相对较少。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种发声效率高且发声效果好的热致发声元件的制备方法。一种热致发声元件的制备方法，其包括以下步骤提供一金属基体，该金属基体具有一第一表面和与该第一表面相对的第二表面；米用化学气相沉积法在所述金属基体的第一表面生长石墨烯膜；提供一非金属基体，该非金属基体具有一第一表面和与该第一表面相对的第二表面；将所述金属基体和所述石墨烯膜设置于所述非金属基体的第一表面，所述石墨烯膜位于所述金属基体和所述非金属基体的第一表面之间；至少部分除去所述金属基体；从所述非金属基体的第二表面将所述非金属基体镂空，使所述非金属基体含有多个通孔，所述石墨烯膜对应所述通孔的部位暴露出来。一种热致发声元件的制备方法，其包括以下步骤提供一非金属基体，该非金属基体具有一第一表面和与该第一表面相对的第二表面；提供至少一石墨烯膜，该石墨烯膜形成于所述非金属基体的第一表面；从所述非金属基体的第二表面将所述非金属基体镂空，使所述非金属基体含有多个通孔，所述石墨烯膜对应所述通孔的部位暴露出来。与现有技术相比较，本发明提供的热致发声元件的制备过程中，将所述非金属基体镂空使所述非金属基体含有多个通孔。由于所述非金属基体中通孔的存在，一方面使所述石墨烯膜与周围介质的接触面积增大，另一方面使石墨烯膜与所述非金属基体的接触面积减小，可以减少该热致发声元件与周围介质发生热交换的过程中由于非金属基体吸热而损耗的热量。因此，该热致发声元件具有较高的发声效率和较好的发声效果。
图I为本发明第一具体实施例提供的热致发声元件的制备方法的工艺流程图。图2为本发明第一具体实施例提供的热致发声元件的制备方法所采用的石墨烯 膜的结构示意图。图3为本发明第一具体实施例提供的热致发声元件的制备方法所采用的热压过程不意图。图4为本发明第一具体实施例提供的一种热致发声元件的结构示意图。图5为本发明第一具体实施例提供的另一种热致发声元件的结构示意图。图6为本发明第一具体实施例提供的热致发声元件的制备方法所采用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。图7为本发明第一具体实施例提供的热致发声元件的制备方法所采用的碳纳米管絮化膜的扫描电镜照片。图8为本发明第一具体实施例提供的热致发声元件的制备方法所采用的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。图9为本发明第一具体实施例提供的另一种热致发声元件的结构示意图。图10为本发明第二具体实施例提供的热致发声元件的制备方法的工艺流程图。图11为本发明第二具体实施例提供的热致发声元件的制备方法所采用的刻蚀部分金属基体而形成条带状电极的过程示意图。图12为本发明第二具体实施例提供的热致发声元件的结构示意图。图13为本发明第三具体实施例提供的热致发声元件的制备方法的工艺流程图。主要元件符号说明
金属基体 1100
第一表面_102
第二表面 1
■石墨烯膜 _ 106 条带状电极 108
Ho
MW_200
第一表面_202
第二表面_204
通孔
热致发声元『10,20 牺牲层 —30 凹槽|32 ~
权利要求
1.一种热致发声元件的制备方法，其包括以下步骤 提供一金属基体，该金属基体具有一第一表面和与该第一表面相对的第二表面； 采用化学气相沉积法在所述金属基体的第一表面生长石墨烯膜； 提供一非金属基体，该非金属基体具有一第一表面和与该第一表面相对的第二表面； 将所述金属基体和所述石墨烯膜设置于所述非金属基体的第一表面，所述石墨烯膜位于所述金属基体和所述非金属基体的第一表面之间； 至少部分除去所述金属基体；以及 从所述非金属基体的第二表面将所述非金属基体镂空，使所述非金属基体含有至少一个通孔，所述石墨烯膜对应所述通孔的部位暴露出来。
2.如权利要求I所述的热致发声元件的制备方法，其特征在于，所述非金属基体的厚度为12. 5微米至50微米。
3.如权利要求I所述的热致发声元件的制备方法，其特征在于，将所述金属基体和所述石墨烯膜通过一高分子材料层设置于所述非金属基体的第一表面。
4.如权利要求3所述的热致发声元件的制备方法，其特征在于，所述高分子材料层由熔融态闻分子材料或闻分子材料溶液干燥后形成。
5.如权利要求4所述的热致发声元件的制备方法，其特征在于，所述熔融态高分子材料或高分子材料溶液的粘度均大于I帕秒，并且常温下为固态透明。
6.如权利要求I所述的热致发声元件的制备方法，其特征在于，将所述金属基体和所述石墨烯膜设置于所述非金属基体的步骤是通过热压的方式进行，所述热压步骤中，加热温度为110度至20度，施加压力为5千克至20千克。
7.如权利要求I所述的热致发声元件的制备方法，其特征在于，所述至少部分除去所述金属基体为将所述金属基体全部刻蚀。
8.如权利要求7所述的热致发声元件的制备方法，其特征在于，将所述金属基体全部刻蚀之后，进一步包括设置一碳纳米管层与所述石墨烯膜复合的步骤，所述石墨烯膜位于所述碳纳米管层与所述非金属基体之间，所述碳纳米管层包括一碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜和碳纳米管碾压膜中的任意一种。
9.如权利要求7所述的热致发声元件的制备方法，其特征在于，将所述金属基体全部刻蚀之后进一步包括一形成至少两个电极于所述石墨烯膜的表面的步骤，该电极与所述石墨烯膜电连接。
10.如权利要求I所述的热致发声元件的制备方法，其特征在于，所述至少部分除去所述金属基体为将所述金属基体部分刻蚀以使所述金属基体形成多个条带状电极。
11.如权利要求10所述的热致发声元件的制备方法，其特征在于，所述将所述金属基体部分刻蚀以使所述金属基体形成多个条带状电极的步骤，包括以下步骤 在所述金属基体的第二表面形成一牺牲层，该牺牲层包括多个条带状凹槽以露出所述第二表面； 刻蚀由所述多个条带状凹槽露出的所述金属基体的第二表面，露出所述石墨烯膜；以及 去除剩余的牺牲层材料。
12.如权利要求I所述的热致发声元件的制备方法，其特征在于，将所述非金属基体镂空是采用刻蚀的方法使所述非金属基体含有多个通孔。
13.如权利要求I所述的热致发声元件的制备方法，其特征在于，每相邻两个通孔之间的间距为100微米至3毫米。
14.如权利要求I所述的热致发声元件的制备方法，其特征在于，给所述热致发声元件提供热量的方式为通电流、辐射加热和光照中的任意一种方式。
15.如权利要求14所述的热致发声元件的制备方法，其特征在于，以通电流的方式给所述热致发声元件提供热量时，所述非金属基体的材料为电绝缘材料。
16.一种热致发声元件的制备方法，其包括以下步骤 提供一非金属基体，该非金属基体具有一第一表面和与该第一表面相对的第二表面；提供至少一石墨烯膜，该石墨烯膜形成于所述非金属基体的第一表面；以及从所述非金属基体的第二表面将所述非金属基体镂空，使所述非金属基体含有多个通孔，所述石墨烯膜对应所述通孔的部位暴露出来。
17.如权利要求16所述的热致发声元件的制备方法，其特征在于，所述石墨烯膜是采用LB法、溶液法、机械压合法或胶带从定向石墨上撕取的方法制备。
全文摘要
一种热致发声元件的制备方法，其包括以下步骤提供一金属基体，该金属基体具有一第一表面和与该第一表面相对的第二表面；采用化学气相沉积法在所述金属基体的第一表面生长石墨烯膜；提供一非金属基体，该非金属基体具有一第一表面和与该第一表面相对的第二表面；将所述金属基体和所述石墨烯膜设置于所述非金属基体的第一表面，所述石墨烯膜位于所述金属基体和所述非金属基体的第一表面之间；至少部分除去所述金属基体；从所述非金属基体的第二表面将所述非金属基体镂空，使所述非金属基体含有多个通孔，所述石墨烯膜对应所述通孔的部位暴露出来。
文档编号H04R31/00GK102802109SQ201110140260
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27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