热致发声装置的制作方法

本发明涉及一种发声装置，尤其涉及一种基于碳纳米管的热致发声装置。
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电信号给发声元件，进而发出声音。现有技术中的发声元件一般为一扬声器。该扬声器为一种把电信号转换成声音信号的电声器件。具体地，扬声器可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。自九十年代初以来，以碳纳米管为代表的纳米材料以其独特的结构和性质引起了人们极大的关注。近几年来，随着碳纳米管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。例如，由于碳纳米管所具有的独特的电磁学、光学、力学、化学等性能，大量有关其在场发射电子源、传感器、新型光学材料、软铁磁材料等领域的应用研究不断被报道。2008年10月29日，范守善在一篇标题为“Flexible,Stretchable,TransparentCarbonNanotubeThinFilmLoudspeakers（ShoushanFan等，NanoLetters,Vol.8,No.12,2008,p4539-4545）”的论文中公开了一种应用碳纳米管膜的热致发声扬声器。但，因为所述碳纳米管膜为导电材料，如果将该碳纳米管膜设置于金属支撑结构的表面会引起短路，从而使得所述碳纳米管膜不能工作，进而使得该扬声器不能发声。因此，该应用碳纳米管膜的热致发声扬声器不能采用金属材料作为支撑结构,也无法利用金属材料的制作工艺成熟，可塑性强的优势。技术实现要素：有鉴于此，确有必要提供一种采用金属基材料作为支撑结构的热致发声装置。一种热致发声装置，其包括：一热致发声元件，该热致发声元件为一碳纳米管结构；一信号输入装置，用于将信号输入至所述热致发声元件，使得所述碳纳米管结构接收所述信号输入装置输入的信号并发出相应声波；以及一支撑结构，所述热致发声元件设置于该支撑结构的表面；其中，所述支撑结构包括一金属基底及一形成于该金属基底表面的绝缘层，所述热致发声元件贴合设置于该绝缘层的表面。一种热致发声装置，其包括：一热致发声元件，该热致发声元件为一碳纳米管结构；一信号输入装置，用于将信号输入至所述热致发声元件，使得所述碳纳米管结构接收所述信号输入装置输入的信号并发出相应声波；以及一支撑结构，所述热致发声元件设置于该支撑结构的表面；其中于，所述支撑结构包括一金属基底及一通过氧化处理该金属基底而形成在该金属基底表面的该金属氧化物绝缘层，所述热致发声元件贴合设置于该金属氧化物绝缘层的表面。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：第一，所述热致发声装置采用金属基底及绝缘层作为支撑结构，实现了采用金属基底材料作为热致发声装置的支撑结构，并克服了热致发声元件容易与所述金属基底短路的问题。第二，由于金属基底材料的可塑性比较好，而且金属材料的成型工艺比较成熟而且简单，所以，采用所述金属基底作为热致发声装置的支撑结构，使得该热致发声装置的制备工艺比较简单，容易实现产业化应用。附图说明图1是本发明第一实施例热致发声装置的结构示意图。图2是本发明第一实施例热致发声装置的频率响应特性曲线。图3是本发明第二实施例热致发声装置的结构示意图。主要元件符号说明热致发声装置10，20信号输入装置12，22热致发声元件14，24第一电极142，242第二电极144，244导线149，249支撑结构16，26金属基底162，262绝缘层164，264第三电极246第四电极248如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的热致发声装置作进一步的详细说明。请参阅图1，本发明第一实施例提供一种热致发声装置10，该热致发声装置10包括一信号输入装置12，一热致发声元件14，一支撑结构16，一第一电极142以及一第二电极144。所述热致发声元件14设置于该支撑结构16的表面，该支撑结构16用于支撑所述热致发声元件14。所述第一电极142和第二电极144间隔设置于热致发声元件14且与该热致发声元件14电连接。该第一电极142和第二电极144分别与所述信号输入装置12的两端电连接，用于将所述信号输入装置12中的信号输入到所述热致发声元件14中。所述支撑结构16主要起支撑所述热致发声元件14的作用，该支撑结构16的形状可以根据实际需要确定，该支撑结构16具有至少一个表面，该表面可以是平面或曲面，所述曲面包括圆柱侧面、圆锥侧面、球形面等。具体地，所述支撑结构26可以为一立方体、一圆锥体或一圆柱体。本实施例中，所述支撑结构26为一平板结构。请参阅图2，所述支撑结构16包括一金属基底162及一形成于该金属基底162表面的绝缘层164。从宏观上看，所述热致发声元件14与该绝缘层164大致平行且与该绝缘层164的表面接触设置，即该热致发声元件14贴合设置于该绝缘层164的表面。所述金属基底162的材料为纯金属或合金。所述绝缘层164的电阻大于所述热致发声元件14的电阻，优选地；该绝缘层164的电阻大于10千欧。优选地，所述绝缘层164具有较好的电绝缘性能，可以防止所述支撑结构16的金属基底162与所述热致发声元件14发生短路。此外，所述绝缘层164具有较好的绝热性能，从而防止所述热致发声元件14产生的热量过度的被所述支撑结构16吸收，无法达到加热周围介质进而发声的目的。另外，所述绝缘层164的表面比较粗糙，因此使得设置于该绝缘层164表面的热致发声元件14与空气或其他外界介质具有更大的接触面积，进而在一定程度上改善所述热致发声装置10的发声效果。具体地，所述绝缘层164的材料可以为热绝缘特性的金属氧化物材料，优选地，该金属氧化物材料为一多孔材料，且具有电绝缘特性。所述绝缘层164可以通过氧化处理所述金属基底162而在该金属基底162表面形成一金属氧化物绝缘层，且该金属氧化物绝缘层的表面具有多个微孔。该金属氧化物绝缘层的厚度可以为几十微米。当所述热致发声元件14设置于该金属氧化物绝缘层时，从微观上看，所述热致发声元件14在该金属氧化物绝缘层的微孔处悬空设置，在该金属氧化物绝缘层的非微孔处贴合设置。其中，所述金属基底162的材料可以为铝，铁，铜或其任意组合的合金；所述绝缘层164的材料为氧化铝、二氧化三铁、四氧化三铁、氧化铜或其组合。此外，所述绝缘层164的材料还可以为耐高温的电绝缘材料，如，油漆或绝缘聚合物材料；此时，所述绝缘层164可以通过在所述金属基底162上涂覆一层耐高温的油漆或耐高温电绝缘的聚合物材料形成。优选地，所述绝缘层164还可以经过图案化处理，使其表面比较粗糙。其中，所述聚合物材料可以为硅胶，亚克力胶等材料。本实施例中，所述支撑结构16由一铝金属基底162以及通过直接氧化处理该铝金属基底162而在该铝金属基底162表面形成的氧化铝绝缘层164组成。该氧化铝绝缘层164的厚度在40微米左右，其为一多孔绝热材料，该氧化铝绝缘层164的表面具有多个微孔；从微观上来看，所述热致发声元件14在该氧化铝绝缘层164的多个微孔处悬空设置，在该氧化铝绝缘层164靠近该热致发声元件14的表面的非微孔处贴合设置。由于氧化铝绝缘层164为多孔材料，从而使得设置于该氧化铝绝缘层164表面的热致发声元件14与空气或其他外界介质具有更大的接触面积，进而使得所述热致发声装置10具有良好的发声效果。由于氧化铝具有较好的绝热性能，所以该氧化铝绝缘层164可以防止该热致发声元件14产生的热量过度的被该支撑结构16吸收，无法达到加热周围介质进而发声的目的。由于氧化铝绝缘层164是通过直接氧化处理所述铝金属基底162而形成的，而且铝金属的制造工艺比较成熟、制造方法简单，所以该支撑结构16的制备方法比较简单，从而使得该热致发声装置10的制备工艺比较简单，容易实现，而且有利于降低成本。另外，铝金属的可塑性比较强，易于制成各种形状，所以该支撑结构16也易于制成各种形状。铝金属还具有较好的柔韧性及强度，所以该支撑结构16具有良好的柔韧性和强度，可以使得所述热致发声装置10具有较好的柔性及抗震防碎的特点。所述热致发声元件14为一碳纳米管结构，用于接收所述信号输入装置12输出的信号并发出相应声波。所述热致发声元件14围绕所述支撑结构16的至少一个表面设置，形成具有至少一个平面的热致发声元件或具有一曲面的热致发声元件。具体地，所述支撑结构16的至少一个表面为所述绝缘层164的至少一个表面，所述碳纳米管结构围绕该绝缘层164的至少一个表面设置，且贴合设置于该绝缘层164的至少一个表面，形成具有至少一个平面的热致发声元件14或具有一曲面的热致发声元件14。本实施例中，由于所述支撑结构16为一平板结构，所以所述碳纳米管结构贴合设置于所述绝缘层164的一个表面上形成一平面形热致发声元件14。所述碳纳米管结构为膜状或其他形状，且具有较大的比表面积。当所述碳纳米管结构为膜状时，所述热致发声元件14为一碳纳米管膜结构。所述碳纳米管结构由均匀分布的碳纳米管组成，且碳纳米管之间通过范德华力紧密结合。该碳纳米管结构中的碳纳米管为无序或有序排列。所谓无序排列是指碳纳米管的排列方向无规则。所谓有序排列是指碳纳米管的排列方向有规则。具体地，当碳纳米管结构包括无序排列的碳纳米管时，碳纳米管相互缠绕或者碳纳米管结构各向同性；当碳纳米管结构包括有序排列的碳纳米管时，该碳纳米管结构中的大多数碳纳米管沿一个方向或者多个方向择优取向排列。其中，所谓“择优取向”是指所述碳纳米管结构中的大多数碳纳米管在一个方向或几个方向上具有较大的取向几率；即，该碳纳米管层中的大多数碳纳米管的轴向基本沿同一方向或几个方向延伸。所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜、多个碳纳米管线或其组合。所述碳纳米管膜可由有序排列的碳纳米管或无序排列的碳纳米管组成，且该碳纳米管膜中的大多数碳纳米管的轴向基本平行于该碳纳米管膜的表面。所述多个碳纳米管线可平行设置组成一束状结构或相互扭转组成一绞线结构。所述碳纳米管线可为一非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。所述非扭转的碳纳米管线包括多个沿该非扭转的碳纳米管线长度方向平行排列的碳纳米管。所述扭转的碳纳米管线包括多个沿该扭转的碳纳米管线长度方向螺旋排列的碳纳米管。该扭转的碳纳米管线为采用一机械力将所述首尾相连的碳纳米管组成的碳纳米管膜的两端沿相反方向扭转获得。所述碳纳米管结构可以具有自支撑结构。所谓自支撑结构即所述碳纳米管结构中的多个碳纳米管间通过范德华力相互吸引，从而使碳纳米管结构具有特定的形状。可以理解，由于碳纳米管结构设置在所述支撑结构16表面，所述碳纳米管结构可通过所述支撑结构16支撑，故所述碳纳米管结构也可无需具有自支撑结构。所述碳纳米管结构的厚度为0.5纳米~1毫米。如果所述碳纳米管结构的厚度太大，则比表面积减小，单位面积热容增大；如果所述碳纳米管结构的厚度太小，则机械强度较差，耐用性不够好。所述碳纳米管结构的单位面积热容可小于2×10-4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1.7×10-6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。本实施例中，所述热致发声元件14为由若干碳纳米管组成的碳纳米管膜，且该碳纳米管膜中的大多数碳纳米管基本沿同一方向择优取向排列。该碳纳米管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该碳纳米管膜的表面。进一步地，所述碳纳米管膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管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力首尾相连。其中，该碳纳米管膜具有一第一方向及一第二方向，该第一方向为该碳纳米管膜中的大多数碳纳米管的整体轴向延伸方向，也就是碳纳米管的择优取向排列的方向。该第二方向平行于该碳纳米管膜的表面，且与所述第一方向相交，也就是说，所述第二方向可以与所述第一方向垂直，也可以不与该第一方向垂直。该碳纳米管膜具有导电异向性，为导电异向性膜，其在该第二方向的方块电阻大于在该第一方向的方块电阻；具体地，该碳纳米管膜在第二方向上的方块电阻至少为第一方向上的方块电阻的70倍，如第二方向上的方块电阻大约为250千欧，第一方向上的方块电阻大约3千欧。该碳纳米管膜的厚度为50纳米。由于碳纳米管具有极大的比表面积，在范德华力的作用下，该碳纳米管结构本身有很好的粘附性，故采用该碳纳米管结构作热致发声元件14时，所述热致发声元件14与所述支撑结构16之间可以直接粘附固定。进一步地，在所述热致发声元件14与所述支撑结构16之间还可以进一步包括一粘结层(图未示)。所述粘结层可以将所述热致发声元件14更好地固定于所述支撑结构16的表面。所述粘结层的材料可为绝缘材料，也可为具有一定导电性能的材料。所述第一电极142和第二电极144分别与所述热致发声元件14电连接。该第一电极142和第二电极144可进一步通过一导线149分别与所述信号输入装置12电连接，用于将所述信号输入装置12的信号输入到所述热致发声元件14中。所述第一电极142和第二电极144由导电材料形成，其具体形状结构不限。具体地，所述第一电极142和第二电极144可选择为层状、棒状、块状或其他形状。所述第一电极142和第二电极144的材料可选择为金属、导电胶、金属性碳纳米管、铟锡氧化物（ITO）等。所述热致发声元件14设置在所述支撑结构16的表面，所述第一电极142和第二电极144可间隔设置在所述热致发声元件14的两端或表面。所述第一电极142和第二电极144的设置可与所述热致发声元件14中的碳纳米管的排列方向有关。本实施例中，所述第一电极142和第二电极144为棒状金属电极，所述第一电极142和第二电极144平行且间隔设置在所述热致发声元件14的两端，具体地，该第一电极142和第二电极144间隔设置于所述热致发声元件14中的碳纳米管膜沿所述第一方向的两端，即该热致发声元件14中的大多数碳纳米管沿所述第一电极142至第二电极144的方向延伸。由于所述第一电极142和第二电极144间隔设置，所述热致发声元件14应用于热致发声装置10时能接入一定的阻值避免短路现象产生。由于碳纳米管具有极大的比表面积，在范德华力的作用下，该碳纳米管结构本身有很好的粘附性，故采用该碳纳米管结构作热致发声元件14时，所述第一电极142和第二电极144与所述热致发声元件14之间可以直接粘附固定，并形成较好的电接触。另外，所述第一电极142和第二电极144与所述热致发声元件14之间还可以进一步包括一导电粘结层(图未示)。所述导电粘结层在实现第一电极142和第二电极144与所述热致发声元件14电接触的同时，还可以使所述第一电极142和第二电极144与所述热致发声元件14更好地固定。本实施例中，所述导电粘结层为一层银胶。可以理解，本发明第一实施例可进一步设置多个电极于所述热致发声元件14表面，其数量不限，只需确保任意两个相邻的电极均间隔设置、与所述热致发声元件14电连接，且均分别与所述信号输入装置12的两端电连接即可。所述信号输入装置12包括音频信号输入装置、光信号输入装置、电信号输入装置及电磁波信号输入装置等。相应地，所述信号输入装置12输入的信号不限，包括电磁波、交流信号、音频信号以及光信号等。可以理解，所述信号输入装置12输入的信号与所述热致发声装置10的具体应用有关。如：当所述热致发声装置10应用于收音机时，所述信号输入装置12输入的信号为电磁波；当所述热致发声装置10应用于耳机时，所述信号输入装置12输入的信号为交流电信号或音频电信号。本实施例中，所述信号输入装置12为电信号输入装置；该信号输入装置12通过导线149与所述第一电极142和第二电极144电连接，并通过所述第一电极142和第二电极144将电信号输入到所述热致发声元件14中。可以理解，由于所述热致发声元件14设置在所述支撑结构16的表面，且该热致发声元件14同时也为一导电材料，故本实施例中的第一电极142与第二电极144可以为可选择的结构。所述信号输入装置12可直接通过导线等方式与所述热致发声元件14电连接。只需确保所述信号输入装置12能将电信号输入给所述热致发声元件14即可。可以理解，根据信号输入装置12的不同，所述第一电极142和第二电极144为可选择的结构，如当输入信号为光或电磁波等信号时，所述信号输入装置12可直接输入信号给所述热致发声元件14，无需电极及导线。所述热致发声装置10在使用时，由于碳纳米管结构由均匀分布的碳纳米管组成，碳纳米管具有较小的热容，且该碳纳米管结构为膜状、具有较大的比表面积且厚度较小，故该碳纳米管结构具有较小的单位面积热容和较大的散热表面，在输入信号后，碳纳米管结构可迅速升降温，产生周期性的温度变化，并和周围气体介质快速进行热交换，使周围气体介质迅速膨胀和冷缩，进而发出声音。故本实施例中，当输入电信号时，所述热致发声元件14就按照“电-热-声”转换的原理发声。可以理解，当输入信号为光信号时，所述热致发声元件14的发声原理为“光-热-声”的转换。因此，由上述热致发声元件14组成的热致发声装置10具有广泛的应用范围。所述热致发声装置10的发声频率范围为1赫兹至10万赫兹(即1Hz~100kHz)。图2为采用长宽均为30毫米且碳纳米管首尾相连且沿同一方向择优取向排列的碳纳米管膜用作所述热致发声元件14，输入电压为50伏时，将一麦克风放在距热致发声元件5厘米的位置时测得的所述热致发声装置10的频率响应特性曲线。从图2中可以看出，所述发声装置的声压级大于50分贝，甚至可达105分贝，所述发声装置的发声频率范围为100赫兹至10万赫兹(即100Hz~100kHz)，所述发声装置在500赫兹~4万赫兹频率范围内的失真度小于3%，所述热致发声装置10具有较好的发声效果。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，所述碳纳米管结构可方便地制成各种形状和尺寸的热致发声装置10，该热致发声装置10可方便地应用于各种可发声的产品中，如音响、手机、MP3、MP4、电视、计算机等电子领域及其他产品中。请参阅图3，本发明第二实施例提供一种热致发声装置20，该热致发声装置20包括一信号输入装置22、一热致发声元件24、一支撑结构26、一第一电极242、一第二电极244、一第三电极246以及一第四电极248。所述信号输入装置22的结构及类型与第一实施例提供的热致发声装置10中的信号输入装置12的结构及类型相同。所述热致发声元件24的材料与第一实施例提供的热致发声装置10中的热致发声元件14的材料相同，即，该热致发声元件24也为碳纳米管结构。所述热致发声元件24围绕所述支撑结构26设置，形成一曲面形或折面形热致发声元件24。所述支撑结构26为一立方体、一圆锥体或一圆柱体。其中，所述支撑结构26包括一金属基底262及形成于该金属基底262的绝缘层264。所述绝缘层264为耐高温的电绝缘及热绝缘材料。所述热致发声元件24贴合设置于该绝缘层264的表面，且围绕该绝缘层264设置。在本实施例中，所述支撑结构26为中空的圆柱体，由一中空的圆柱形铜金属基底262及涂覆于该圆柱形铜金属基底262外表面的油漆绝缘层264组成。所述热致发声元件24与所述支撑结构26的绝缘层264贴合设置，且该热致发声元件24环绕该支撑结构26设置形成一环形热致发声元件24。可以理解，所述绝缘层264也可以为金属基底262的材料的氧化物形成的金属氧化物材料层。所述第一电极242、第二电极244、第三电极246和第四电极248间隔设置在所述环形热致发声元件24表面并与该环形热致发声元件24电连接。任意两个相邻的电极均分别与所述信号输入装置22的两端电连接，以使位于相邻电极之间的热致发声元件24接入输入信号。具体地，先将不相邻的两个电极用一导线249连接后与所述信号输入装置22的一端电连接，剩下的两个电极用导线249连接后与所述信号输入装置22的另一端电连接。本实施例中，可先将所述第一电极242和第三电极246用导线249连接后与所述信号输入装置22的一端电连接，再将所述第二电极244和第四电极248用导线249连接后与所述信号输入装置22的另一端电连接。上述连接方式可实现相邻电极之间的碳纳米管结构并联。并联后的碳纳米管结构具有较小的电阻，可降低工作电压。且，上述连接方式可使所述热致发声元件24产生的声波向各个方向均匀辐射，且发声强度得到增强，从而实现环绕发声效果。可以理解，本实施例也可设置更多个电极，其数量不限，只需确保任意两个相邻的电极均间隔设置、与所述热致发声元件24电连接，且均分别与所述信号输入装置22的两端电连接即可。本发明实施例提供的热致发声装置具有以下优点：第一，本发明实施例提供的热致发声装置采用金属基底及绝缘层作为支撑结构，实现了采用金属基底材料作为热致发声装置的支撑结构，并克服了热致发声元件容易与所述金属基底短路的问题。第二，由于金属基材料的制造工艺比较成熟而且制造方法比较简单，所以无论是通过氧化处理所述金属基底来制备所述绝缘层，还是通过涂覆绝缘材料在该金属基底表面来形成绝缘层，都使得所述支撑结构的制备工艺均比较简单，从而使得该热致发声装置的制备工艺比较简单，容易实现产业化应用。第三，由于所述金属基底由金属材料组成，而金属材料具有较好的强度及韧性，所以所述支撑结构具有较好的强度及韧性，可以使得应用该支撑结构的发声装置具有抗震防碎的特点。第四，由于所述支撑结构包括具有较好的柔韧性的金属基底，所述热致发声元件为具有较好的柔韧性的碳纳米管结构，所以本发明实施例提供的热致发声装置可以为一柔性发声装置。第五，金属基材料的可塑性比较强，易于制成各种形状，所以所述支撑结构也易于制成各种形状，另外，所述热致发声元件为碳纳米管结构，也比较容易制成各种形状；因此，本发明实施例提供的热致发声装置也比较容易制成各种形状。另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，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内。当前第1页1 2 3