專利名稱：熱致發(fā)聲元件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱致發(fā)聲元件的制備方法，尤其涉及一種石墨烯膜的熱致發(fā)聲元件的制備方法。
背景技術(shù)：
熱致發(fā)聲裝置一般由信號輸入裝置和熱致發(fā)聲元件組成，通過信號輸入裝置將輸入信號輸入到該發(fā)聲元件，進而發(fā)出聲音。請參見文獻H. D. Arnold, I. B. Crandall.The thermophone as a precision source of sound. Phys. Rev. 10, 22-38 (1917)，其利用一極薄的鉬片作為熱致發(fā)聲元件，具體發(fā)聲過程為將一交流音頻電信號輸入該熱致發(fā)聲元件中，由于該鉬片具有較小的單位面積熱容，該鉬片可將其內(nèi)部產(chǎn)生的熱量迅速 傳導(dǎo)給周圍介質(zhì)。因此，在音頻電信號的作用下，該鉬片可迅速升降溫，并和周圍介質(zhì)迅速發(fā)生熱交換。周圍介質(zhì)的密度亦隨之發(fā)生變化，進而通過介質(zhì)分子運動發(fā)出聲波，即該熱致發(fā)聲元件的發(fā)聲原理為“電-熱-聲”的轉(zhuǎn)換。然而，受該熱致發(fā)聲材料本身的限制，鉬片的厚度最小只能達到0. 7微米，而0. 7微米厚的鉬片的單位面積熱容為2 X IO-4焦耳每平方厘米開爾文。因此，所述熱致發(fā)聲元件的發(fā)聲頻率最高僅可為4千赫茲，所述熱致發(fā)聲元件的發(fā)聲頻率范圍較窄，發(fā)聲強度低，幾乎無法發(fā)出人耳能夠直接聽到的聲音。近幾年來，隨著石墨烯及納米材料研究的不斷深入，其廣闊的應(yīng)用前景不斷顯現(xiàn)出來。石墨烯請參見文獻K. S. Novoselov, et al. Electric field effect inatomically thin carbon films. Science, 2004, 306(5696): 666-669是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩煤狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料，具有優(yōu)異的電學(xué)性能和熱學(xué)性能，其室溫電子遷移率可達ISOOOcm2V-1S'熱傳導(dǎo)率可達SOOOWnr1K'關(guān)于石墨烯在場發(fā)射、傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用研究不斷被報道。但是，關(guān)于石墨烯作為熱致發(fā)聲元件用在熱致發(fā)聲裝置上的報道相對較少。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種發(fā)聲效率高且發(fā)聲效果好的熱致發(fā)聲元件的制備方法。一種熱致發(fā)聲元件的制備方法，其包括以下步驟提供一金屬基體，該金屬基體具有一第一表面和與該第一表面相對的第二表面；米用化學(xué)氣相沉積法在所述金屬基體的第一表面生長石墨烯膜；提供一非金屬基體，該非金屬基體具有一第一表面和與該第一表面相對的第二表面；將所述金屬基體和所述石墨烯膜設(shè)置于所述非金屬基體的第一表面，所述石墨烯膜位于所述金屬基體和所述非金屬基體的第一表面之間；至少部分除去所述金屬基體；從所述非金屬基體的第二表面將所述非金屬基體鏤空，使所述非金屬基體含有多個通孔，所述石墨烯膜對應(yīng)所述通孔的部位暴露出來。一種熱致發(fā)聲元件的制備方法，其包括以下步驟提供一非金屬基體，該非金屬基體具有一第一表面和與該第一表面相對的第二表面；提供至少一石墨烯膜，該石墨烯膜形成于所述非金屬基體的第一表面；從所述非金屬基體的第二表面將所述非金屬基體鏤空，使所述非金屬基體含有多個通孔，所述石墨烯膜對應(yīng)所述通孔的部位暴露出來。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的熱致發(fā)聲元件的制備過程中，將所述非金屬基體鏤空使所述非金屬基體含有多個通孔。由于所述非金屬基體中通孔的存在，一方面使所述石墨烯膜與周圍介質(zhì)的接觸面積增大，另一方面使石墨烯膜與所述非金屬基體的接觸面積減小，可以減少該熱致發(fā)聲元件與周圍介質(zhì)發(fā)生熱交換的過程中由于非金屬基體吸熱而損耗的熱量。因此，該熱致發(fā)聲元件具有較高的發(fā)聲效率和較好的發(fā)聲效果。


圖I為本發(fā)明第一具體實施例提供的熱致發(fā)聲元件的制備方法的工藝流程圖。圖2為本發(fā)明第一具體實施例提供的熱致發(fā)聲元件的制備方法所采用的石墨烯 膜的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明第一具體實施例提供的熱致發(fā)聲元件的制備方法所采用的熱壓過程不意圖。圖4為本發(fā)明第一具體實施例提供的一種熱致發(fā)聲元件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明第一具體實施例提供的另一種熱致發(fā)聲元件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明第一具體實施例提供的熱致發(fā)聲元件的制備方法所采用的碳納米管拉膜的掃描電鏡照片。圖7為本發(fā)明第一具體實施例提供的熱致發(fā)聲元件的制備方法所采用的碳納米管絮化膜的掃描電鏡照片。圖8為本發(fā)明第一具體實施例提供的熱致發(fā)聲元件的制備方法所采用的碳納米管碾壓膜的掃描電鏡照片。圖9為本發(fā)明第一具體實施例提供的另一種熱致發(fā)聲元件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為本發(fā)明第二具體實施例提供的熱致發(fā)聲元件的制備方法的工藝流程圖。圖11為本發(fā)明第二具體實施例提供的熱致發(fā)聲元件的制備方法所采用的刻蝕部分金屬基體而形成條帶狀電極的過程示意圖。圖12為本發(fā)明第二具體實施例提供的熱致發(fā)聲元件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13為本發(fā)明第三具體實施例提供的熱致發(fā)聲元件的制備方法的工藝流程圖。主要元件符號說明
金屬基體 1100
第一表面_102
第二表面 1
■石墨烯膜 _ 106 條帶狀電極 108
Ho
MW_200
第一表面_202
第二表面_204
通孔
熱致發(fā)聲元『10,20 犧牲層 —30 凹槽|32 ~
權(quán)利要求
1.一種熱致發(fā)聲元件的制備方法，其包括以下步驟 提供一金屬基體，該金屬基體具有一第一表面和與該第一表面相對的第二表面； 采用化學(xué)氣相沉積法在所述金屬基體的第一表面生長石墨烯膜； 提供一非金屬基體，該非金屬基體具有一第一表面和與該第一表面相對的第二表面； 將所述金屬基體和所述石墨烯膜設(shè)置于所述非金屬基體的第一表面，所述石墨烯膜位于所述金屬基體和所述非金屬基體的第一表面之間； 至少部分除去所述金屬基體；以及 從所述非金屬基體的第二表面將所述非金屬基體鏤空，使所述非金屬基體含有至少一個通孔，所述石墨烯膜對應(yīng)所述通孔的部位暴露出來。
2.如權(quán)利要求I所述的熱致發(fā)聲元件的制備方法，其特征在于，所述非金屬基體的厚度為12. 5微米至50微米。
3.如權(quán)利要求I所述的熱致發(fā)聲元件的制備方法，其特征在于，將所述金屬基體和所述石墨烯膜通過一高分子材料層設(shè)置于所述非金屬基體的第一表面。
4.如權(quán)利要求3所述的熱致發(fā)聲元件的制備方法，其特征在于，所述高分子材料層由熔融態(tài)聞分子材料或聞分子材料溶液干燥后形成。
5.如權(quán)利要求4所述的熱致發(fā)聲元件的制備方法，其特征在于，所述熔融態(tài)高分子材料或高分子材料溶液的粘度均大于I帕秒，并且常溫下為固態(tài)透明。
6.如權(quán)利要求I所述的熱致發(fā)聲元件的制備方法，其特征在于，將所述金屬基體和所述石墨烯膜設(shè)置于所述非金屬基體的步驟是通過熱壓的方式進行，所述熱壓步驟中，加熱溫度為110度至20度，施加壓力為5千克至20千克。
7.如權(quán)利要求I所述的熱致發(fā)聲元件的制備方法，其特征在于，所述至少部分除去所述金屬基體為將所述金屬基體全部刻蝕。
8.如權(quán)利要求7所述的熱致發(fā)聲元件的制備方法，其特征在于，將所述金屬基體全部刻蝕之后，進一步包括設(shè)置一碳納米管層與所述石墨烯膜復(fù)合的步驟，所述石墨烯膜位于所述碳納米管層與所述非金屬基體之間，所述碳納米管層包括一碳納米管拉膜、碳納米管絮化膜和碳納米管碾壓膜中的任意一種。
9.如權(quán)利要求7所述的熱致發(fā)聲元件的制備方法，其特征在于，將所述金屬基體全部刻蝕之后進一步包括一形成至少兩個電極于所述石墨烯膜的表面的步驟，該電極與所述石墨烯膜電連接。
10.如權(quán)利要求I所述的熱致發(fā)聲元件的制備方法，其特征在于，所述至少部分除去所述金屬基體為將所述金屬基體部分刻蝕以使所述金屬基體形成多個條帶狀電極。
11.如權(quán)利要求10所述的熱致發(fā)聲元件的制備方法，其特征在于，所述將所述金屬基體部分刻蝕以使所述金屬基體形成多個條帶狀電極的步驟，包括以下步驟 在所述金屬基體的第二表面形成一犧牲層，該犧牲層包括多個條帶狀凹槽以露出所述第二表面； 刻蝕由所述多個條帶狀凹槽露出的所述金屬基體的第二表面，露出所述石墨烯膜；以及 去除剩余的犧牲層材料。
12.如權(quán)利要求I所述的熱致發(fā)聲元件的制備方法，其特征在于，將所述非金屬基體鏤空是采用刻蝕的方法使所述非金屬基體含有多個通孔。
13.如權(quán)利要求I所述的熱致發(fā)聲元件的制備方法，其特征在于，每相鄰兩個通孔之間的間距為100微米至3毫米。
14.如權(quán)利要求I所述的熱致發(fā)聲元件的制備方法，其特征在于，給所述熱致發(fā)聲元件提供熱量的方式為通電流、輻射加熱和光照中的任意一種方式。
15.如權(quán)利要求14所述的熱致發(fā)聲元件的制備方法，其特征在于，以通電流的方式給所述熱致發(fā)聲元件提供熱量時，所述非金屬基體的材料為電絕緣材料。
16.一種熱致發(fā)聲元件的制備方法，其包括以下步驟 提供一非金屬基體，該非金屬基體具有一第一表面和與該第一表面相對的第二表面；提供至少一石墨烯膜，該石墨烯膜形成于所述非金屬基體的第一表面；以及從所述非金屬基體的第二表面將所述非金屬基體鏤空，使所述非金屬基體含有多個通孔，所述石墨烯膜對應(yīng)所述通孔的部位暴露出來。
17.如權(quán)利要求16所述的熱致發(fā)聲元件的制備方法，其特征在于，所述石墨烯膜是采用LB法、溶液法、機械壓合法或膠帶從定向石墨上撕取的方法制備。
全文摘要
一種熱致發(fā)聲元件的制備方法，其包括以下步驟提供一金屬基體，該金屬基體具有一第一表面和與該第一表面相對的第二表面；采用化學(xué)氣相沉積法在所述金屬基體的第一表面生長石墨烯膜；提供一非金屬基體，該非金屬基體具有一第一表面和與該第一表面相對的第二表面；將所述金屬基體和所述石墨烯膜設(shè)置于所述非金屬基體的第一表面，所述石墨烯膜位于所述金屬基體和所述非金屬基體的第一表面之間；至少部分除去所述金屬基體；從所述非金屬基體的第二表面將所述非金屬基體鏤空，使所述非金屬基體含有多個通孔，所述石墨烯膜對應(yīng)所述通孔的部位暴露出來。
文檔編號H04R31/00GK102802109SQ201110140260
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者姜開利, 林曉陽, 肖林, 范守善 申請人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司