專利名稱：聲學(xué)振膜和包括該聲學(xué)振膜的揚(yáng)聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲學(xué)振膜和包括所述聲學(xué)振膜的揚(yáng)聲器。更具體地，本發(fā)明涉及包括碳納米管(CNT)或石墨納米纖維(GNT)作為增強(qiáng) 劑的聲學(xué)振膜，和包括所述聲學(xué)振膜的揚(yáng)聲器。
背景技術(shù)：
揚(yáng)聲器是將電能轉(zhuǎn)化成為機(jī)械聲能的電子元件并目前廣泛用于不 同應(yīng)用中，包括電話、移動通訊終端、計(jì)算機(jī)、電視(TV)機(jī)、盒式 磁帶、聲音設(shè)備和汽車。揚(yáng)聲器系統(tǒng)通常由振膜、阻尼器、永久磁鐵、外殼和其它元件組 成。在這些元件中，振膜對于揚(yáng)聲器系統(tǒng)的聲音質(zhì)量具有最大的影響。由于振膜前部和后部之間氣壓的變化產(chǎn)生膨脹波，并轉(zhuǎn)換成為可 聽到的聲波。揚(yáng)聲器的聲音質(zhì)量很大程度上取決于揚(yáng)聲器中使用的振 膜的振動模式。對于揚(yáng)聲器要求其性質(zhì)是必須完全復(fù)制輸入揚(yáng)聲器的 電信號。優(yōu)選揚(yáng)聲器可在從低頻聲音至高頻聲音的寬頻率范圍內(nèi)復(fù)制 高壓和常壓的聲音。要求揚(yáng)聲器的頻率特性曲線具有從最低共振頻率(Fa:用于低頻 聲音的復(fù)制的頻率限度)至較高共振頻率的寬頻率范圍(Fb:用于高 頻聲音的復(fù)制的實(shí)際頻率限度)，高聲壓，和幾乎無不規(guī)則的平頂峰。為實(shí)現(xiàn)對揚(yáng)聲器的上述要求，振膜必須滿足以下三個(gè)特征。首先，振膜必須具有高的彈性模量。高的共振頻率與聲音速度成比例，聲音速度與彈性模量的平方根成比例?；谶@些關(guān)系，當(dāng)最低 共振頻率恒定時(shí)，取決于振膜的增大的彈性模量，可擴(kuò)大用于復(fù)制聲 音的頻帶。第二，振膜必須具有高的內(nèi)部損耗。在頻率特性曲線中發(fā)現(xiàn)的不 規(guī)則峰是由于在振動系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的許多銳共振。從而，振膜的高內(nèi)部 損耗使得共振峰規(guī)則。即，在利用具有高內(nèi)部損耗的聲學(xué)振膜的揚(yáng)聲 器中，通過所述聲學(xué)振膜僅使得所需的聲頻產(chǎn)生振動并且不發(fā)生不希 望的振動。結(jié)果，減少了不希望的噪音或混響的發(fā)生，并且可降低高 頻峰，使得原始聲音可有效地產(chǎn)生而無變化。第三，振膜必須重量輕(或密度低)。希望包括振膜的振動系統(tǒng) 盡可能輕，以由具有特定能量的輸入信號獲得高聲壓。此外，優(yōu)選振 膜由具有高楊氏模量的輕質(zhì)材料制成，以提高縱波傳播速度或聲波傳播速度。理想的是利用具有高彈性模量和高內(nèi)部損耗的輕質(zhì)材料來制備振 膜，但這些要求彼此是不相容的。從而，為制造具有優(yōu)異聲音質(zhì)量的 揚(yáng)聲器，先決條件是找到其要求彼此協(xié)調(diào)的振膜用材料。為滿足前述與振膜的物理性質(zhì)相關(guān)的要求，已經(jīng)開發(fā)了許多用于 振膜的材料。這類用于振膜的材料的例子包括具有高彈性模量的碳纖 維和芳綸纖維，和具有高內(nèi)部損耗的聚丙烯樹脂。隨振膜的彈性模量增大，振膜的內(nèi)部損耗降低，但所述振膜的密 度增大。此外，隨振膜的內(nèi)部損耗增大，所述振膜的彈性模量降低， 但振膜的密度增大。被廣泛用于制備聲學(xué)振膜的傳統(tǒng)材料在某種程度上滿足了上述物 理性質(zhì)。然而，對能夠產(chǎn)生高質(zhì)量聲音的揚(yáng)聲器的不斷增長的需求產(chǎn)生了對于比傳統(tǒng)振膜具有更高彈性模量和更高內(nèi)部損耗的聲學(xué)振膜的 需求。從而，對于理想的聲學(xué)振膜制備而言，重要的任務(wù)在于保持所述 物理性質(zhì)之間的最佳平衡。關(guān)于此，已經(jīng)將各種材料，如紙漿、絲、聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯(PE)、聚醚酰亞胺(PEI)和陶瓷廣泛用作用于聲學(xué)振膜的材料。目 前將鈦用作用于聲學(xué)振膜的材料。特別是，涂覆有類金剛石碳的鈦被 用于提高高頻聲音的質(zhì)量。使用鈦振膜引起高頻聲帶中聲壓的降低，同時(shí)保持了聲音的平衡。 相反，由金剛石涂層鈦制得的振膜使得聲壓顯著升高。例如，鈦振膜的聲壓在19kHz或更高的高頻帶迅速下降。相反， 金剛石涂層的振膜比那些鈦振膜具有2-3倍的更長壽命和更專屬性的 物理性質(zhì)。由于這些優(yōu)點(diǎn)，在包括盒式磁帶錄象機(jī)(VCR)、耳機(jī)和 立體聲系統(tǒng)的家用電器中，存在對金剛石涂層振膜的不斷增長的需求。盡管由涂覆有類金剛石碳的鈦制備的振膜可獲得優(yōu)異的聲音質(zhì) 量，它們的問題在于生產(chǎn)步驟復(fù)雜和材料價(jià)格相對較高，這限制了金 剛石作為于振膜用的材料的應(yīng)用，盡管通過所述振膜可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的聲 音質(zhì)量。同時(shí)，考慮到改進(jìn)揚(yáng)聲器的聲音質(zhì)量而減少振膜的厚度引起對振 膜強(qiáng)度的破壞。從而，用類藍(lán)寶石或類金剛石碳涂覆厚度不小于lOjimi 的振膜，以改進(jìn)所述振膜的強(qiáng)度。然而，用類藍(lán)寶石或類金剛石碳涂 覆厚度不大于10jLtm的振膜引起所述振膜的硬化，從而使其不可能獲得 所需的揚(yáng)聲器聲音質(zhì)量。隨傳統(tǒng)微型揚(yáng)聲器的輸出增大，振膜的移動變得更大，從而引起 由所述振膜的變形造成的嚴(yán)重的分振動問題。已經(jīng)采用了許多方法嘗 試解決該問題，例如，通過將波形引入所述振膜中以防止振膜破裂的 用于增強(qiáng)振膜的方法，和增大振膜厚度以改進(jìn)振膜剛性的方法。盡管這些方法確?？煞乐拐衲さ淖冃魏推屏?，然而它們會引起在 0.5瓦特或更高的高輸出下低頻聲音的振幅增大，結(jié)果引起振膜的不良 接觸和不令人滿意的振動(移動)，導(dǎo)致振膜最低共振頻率的增大。 該增大了的最低共振頻率使得難以復(fù)制低頻聲音?？紤]到振膜的小型化而降低振膜厚度導(dǎo)致所述振膜彈性增大，但 引起振膜強(qiáng)度低的問題。通過用藍(lán)寶石或金剛石涂覆振膜而解決了該問題。然而，用藍(lán)寶石或金剛石涂覆厚度較小(例如10/im或更小)的 振膜引起所述振膜的硬化。從而，需要可用于微型揚(yáng)聲器的具有增大的彈性和高強(qiáng)度的超小 聲學(xué)振膜。此外，需要可用于一般的小型和大型揚(yáng)聲器和壓電揚(yáng)聲器(平板 揚(yáng)聲器)以及微型揚(yáng)聲器的、在彈性、強(qiáng)度和內(nèi)部損耗方面具有改進(jìn) 的物理性質(zhì)的聲學(xué)振膜。發(fā)明公開技術(shù)問題考慮到所述問題而作出本發(fā)明，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供包括 高分散碳納米管(CNT)或石墨納米纖維(GNF)的聲學(xué)振膜，所述 聲學(xué)振膜在彈性、內(nèi)部損耗、強(qiáng)度和重量方面具有優(yōu)異的物理性質(zhì)， 可獲得出色的聲音質(zhì)量，并不僅可被廣泛用于一般的揚(yáng)聲器(包括微 型、小型和大型揚(yáng)聲器)，而且可用于壓電揚(yáng)聲器。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供具有所述聲學(xué)振膜的揚(yáng)聲器。 技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供了用于將電信號 轉(zhuǎn)化為機(jī)械信號以產(chǎn)生聲音的聲學(xué)振膜，其中所述聲學(xué)振膜包括碳納 米管或石墨納米纖維作為增強(qiáng)劑。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述碳納米管或石墨納米纖維 可作為增強(qiáng)劑被包括或分散于聲學(xué)振膜中。在本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述碳納米管或石墨納米纖 維可作為增強(qiáng)劑被涂覆在聲學(xué)振膜的表面。在該優(yōu)選的實(shí)施方式中， 所述碳納米管或石墨納米纖維可被涂覆在聲學(xué)振膜的中央部分。在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述聲學(xué)振膜可包括聚合材 料作為主要材料。在該優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述聚合材料可以是聚乙 烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或其混合物。在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述聲學(xué)振膜可包括漿體或 其與纖維的混合物作為主要材料。在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述聲學(xué)振膜可包括選自鋁、 鈦和鈹?shù)慕饘僮鳛橹饕牧?。在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述聲學(xué)振膜可包括陶瓷作 為主要材料。在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述碳納米管或石墨納米纖 維可以是單壁碳納米管、多壁碳納米管、石墨納米纖維、或其混合物。在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述碳納米管或石墨納米纖 維的形狀可選自直的、螺旋狀的、分支狀和其混合形狀，或者可以是 具有不同形狀的碳納米管或石墨納米纖維的混合物。在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述碳納米管或石墨納米纖維可包括至少一種選自下組的材料H、 B、 N、 O、 F、 Si、 P、 S、 Cl、過渡金屬、過渡金屬化合物、和堿金屬。在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述聲學(xué)振膜可包括表面活 性劑、硬脂酸或脂肪酸以分散所述碳納米管或石墨納米纖維。在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述聲學(xué)振膜基于用于聲學(xué)振膜的主要材料重量可包括0.1-50wt^的碳納米管或石墨納米纖維。在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述聲學(xué)振膜基于用于聲學(xué) 振膜的主要材料重量可包括0.1-30wt^的碳納米管或石墨納米纖維。仍在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述聲學(xué)振膜基于用于聲 學(xué)振膜的主要材料重量可包括0.1-20wt^的碳納米管或石墨納米纖維。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了包括所述聲學(xué)振膜的揚(yáng)聲器。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述揚(yáng)聲器可以是微型揚(yáng)聲器 或壓電揚(yáng)聲器。


參考附圖，由以下詳細(xì)說明將更清楚地理解本發(fā)明的上述和其他 目的、特征和其他益處，其中圖1是包括本發(fā)明聲學(xué)振膜的微型揚(yáng)聲器的橫截面圖；和圖2是包括本發(fā)明聲學(xué)振膜的壓電揚(yáng)聲器的橫截面圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式
現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
碳納米管(CNT)的結(jié)構(gòu)為其中各個(gè)碳原子與其相鄰的三個(gè)碳原
子結(jié)合形成六角環(huán)，并且以蜂窩構(gòu)造排列的多層六角環(huán)巻起形成圓柱 形管。
碳納米管的直徑為幾十埃(A)至幾十納米(nm)，且長度比直 徑大幾十至幾千倍。由于它們固有的形狀和化學(xué)鍵，碳納米管表現(xiàn)出 優(yōu)異的熱、機(jī)械和電性質(zhì)。對于這些優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)對碳納米管的合成進(jìn) 行了大量研究。期望利用碳納米管的所述有利性質(zhì)以克服現(xiàn)有技術(shù)中 尚未解決的技術(shù)局限，從而導(dǎo)致許多新型產(chǎn)品的開發(fā)，并賦予現(xiàn)有產(chǎn) 品尚未在所述產(chǎn)品中觀察到的新性質(zhì)。
特別是，碳納米管和聚合材料的復(fù)合物可以獲得所需的物理性質(zhì) (如拉伸強(qiáng)度、電性質(zhì))和化學(xué)性質(zhì)。預(yù)期所述碳納米管復(fù)合物對改 進(jìn)聚合材料在拉伸強(qiáng)度、彈性、電性質(zhì)和耐久性方面的缺陷作出很大 貢獻(xiàn)(Erik T. Thostenson, Zhifeng Ren, Tsu-Wei Chou， Composites Science and Technology 61(2001) 1899-1912)。
已經(jīng)進(jìn)行了與常規(guī)碳納米管應(yīng)用相關(guān)的大量常規(guī)研究，以增強(qiáng)聚 合物。例如，有報(bào)道稱向聚苯乙烯中加入lwt^的碳納米管分別產(chǎn)生 25 %和36-42 %的拉伸強(qiáng)度和彈性模量提高(Qian D, Dickey EC, Andrews R, Rantell T. Applied Physics Letters 2000; 76 (20): 2868-2870)。
據(jù)R. Andrews, Y. Chen等報(bào)道，單壁納米管可被用作石油瀝青纖 維的增強(qiáng)劑。特別是，他們證明通過在石油瀝青纖維中使用lwty。的單壁納米管作為增強(qiáng)劑大大提高了石油瀝青纖維的拉伸強(qiáng)度、彈性模量 和電導(dǎo)率。他們還報(bào)道了含5%裝載的單壁納米管作為增強(qiáng)劑的石油瀝
青纖維的拉伸強(qiáng)度、彈性模量和電導(dǎo)率分別提高了 90%, 150%和340%。 特別是他們預(yù)期，由于石油瀝青纖維和碳納米管具有相同的芳香性， 將提高石油瀝青纖維和碳納米管之間的結(jié)合力(R. Andrews，等，Applied Physics Letters 75 (1999) 1329-1331)。
從這些研究的結(jié)果，包括那些之前進(jìn)行的研究，顯然利用碳納米 管作為聚合材料的增強(qiáng)劑導(dǎo)致所述聚合材料的物理性質(zhì)進(jìn)一步得到改 進(jìn)。從而，所述結(jié)果可應(yīng)用于制備具有優(yōu)于僅利用聚合材料的常規(guī)聲 學(xué)振膜的性質(zhì)的聲學(xué)振膜中。
用于本發(fā)明的碳納米管(CNT)具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中石墨層巻成 管，由于碳原子之間的強(qiáng)共價(jià)鍵表現(xiàn)出高的機(jī)械強(qiáng)度，并由于它們高 的楊氏模量和高的縱橫比表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性質(zhì)。此外，由于所述碳 納米管(CNT)是由碳原子構(gòu)成的，它們重量輕，但表現(xiàn)出優(yōu)異的物理性 質(zhì)。從而，與利用其他增強(qiáng)劑的聲學(xué)振膜預(yù)期的機(jī)械性質(zhì)改進(jìn)相比， 本發(fā)明利用所述碳納米管作為增強(qiáng)劑的聲學(xué)振膜具有更有利的性質(zhì)。
換言之，由于它們重量輕且彈性優(yōu)良，本發(fā)明聲學(xué)振膜中使用的 碳納米管(或石墨納米纖維)可在高頻下振動。此外，盡管所述碳納 米管(或石墨納米纖維)的尺寸小或長徑比(縱橫比)高，但由于它 們具有高的機(jī)械強(qiáng)度，所以保持了它們的原始形狀從而使得所述碳納 米管(或石墨納米纖維)可在所需的高頻下振動。
特別是在用于聲學(xué)振膜的主要材料中含(涂覆)有作為增強(qiáng)劑的 碳納米管使得所述聲學(xué)振膜所要求的物理性質(zhì)(如彈性模量、內(nèi)部損 耗和密度)得到重大改進(jìn)。
本發(fā)明用于所述聲學(xué)振膜的主要材料不限，只要可將所述碳納米管或石墨納米纖維包括或分散在所述用于聲學(xué)振膜的主要材料內(nèi)或者 涂覆在所述聲學(xué)振膜的表面上即可。
用于本發(fā)明聲學(xué)振膜的適當(dāng)主要材料的例子包括漿體和其與纖 維的混合物；增強(qiáng)纖維，如碳纖維；樹脂，如聚乙烯(PE)、聚丙烯 (PP)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)及其混合 物；金屬，如鋁、鈦和鈹；陶瓷；及其混合物。
可將碳納米管或石墨納米纖維用作增強(qiáng)劑以增強(qiáng)所述用于聲學(xué)振 膜的主要材料。
可用于本發(fā)明的適當(dāng)碳納米管(CNT)或石墨納米纖維(GNF) 的例子包括但不限于，單壁碳納米管(SWNT)、多壁碳納米管(MWNT)、 石墨納米纖維(GNF)、及其混合物和復(fù)合物。對于碳納米管(CNT) 或石墨納米纖維(GNF)的形狀無特殊限制，只要所述CNT或GNF 有利于改進(jìn)所需的物理性質(zhì)即可。碳納米管(或石墨納米纖維)可以 具有各種形狀，例如螺旋狀、直的和分支狀。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述聲學(xué)振膜的所需物理性質(zhì)或親和力，所述碳納 米管或石墨納米纖維可包括至少一種選自下組的材料H、 B、 N、 O、 F、 Si、 P、 S、 Cl、過渡金屬、過渡金屬化合物和堿金屬，或可與這些 材料反應(yīng)。
可通過本領(lǐng)域已知的方法制備本發(fā)明中使用的碳納米管或石墨納 米纖維，如電弧放電、激光蒸發(fā)、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)， 熱化學(xué)氣相沉積或氣相生長。
所述碳納米管或石墨納米纖維在本發(fā)明聲學(xué)振膜中的均勻分散可 可有效表現(xiàn)出所述碳納米管或石墨納米纖維的固有物理性質(zhì)。例如，可利用表面活性劑將碳納米管(CNT)或石墨納米纖維
(GNF)均勻地分散在聲學(xué)振膜中?？墒褂糜糜诰鶆蚍植妓鎏技{米 管或石墨納米纖維并增強(qiáng)結(jié)合力以改進(jìn)聲學(xué)振膜的物理性質(zhì)的任何表 面活性劑，其例子包括但不限于，陽離子、陰離子和非離子表面活性 劑。也可使用硬脂酸或脂肪酸。
所述碳納米管或石墨納米纖維可被涂覆在所述聲學(xué)振膜表面上， 以起到增強(qiáng)劑的作用。這時(shí)，可將碳納米管或石墨納米纖維涂覆在聲 學(xué)振膜的中央部分上以增強(qiáng)所述中央部分的強(qiáng)度。
本發(fā)明的聲學(xué)振膜基于所述聚合材料的重量可包括0.1-50 wt%、 優(yōu)選0.1-30wt%、更優(yōu)選0.1-20wty。的碳納米管或石墨納米纖維。
發(fā)明模式
通常通過將碳納米管作為增強(qiáng)劑分散到聚合材料中實(shí)現(xiàn)利用碳納 米管制備聲學(xué)振膜，從而避免特殊加工或處理的需要。由以下實(shí)施例 將更好地理解本發(fā)明。然而，這些實(shí)施例不應(yīng)被解釋為對本發(fā)明范圍 的限制。
測量并比較利用聚合材料和碳納米管作為增強(qiáng)劑制得的聲學(xué)振膜 和那些僅利用聚合材料制得的聲學(xué)振膜的物理性質(zhì)，以評價(jià)由于使用 碳納米管作為增強(qiáng)劑產(chǎn)生的聚合材料物理性質(zhì)的變化。
在下面的實(shí)施例中，通過以下步驟將碳納米管分散在用于聲學(xué)振 膜的聚合材料中。首先，將碳納米管分散在溶劑中。然后，將聚合材 料溶解在所述碳納米管溶液中。隨后，蒸發(fā)或除去溶劑，得到其中所 述作為增強(qiáng)劑的碳納米管分散在聚合材料中的狀態(tài)。
實(shí)施例
實(shí)施例1利用聚丙烯和碳納米管作為分散在所述聚丙烯中的增強(qiáng)劑而制備 聲學(xué)振膜?；谒鼍郾┑闹亓浚褂玫奶技{米管的量為lwt%。所 述碳納米管是平均直徑lnm和長度1 prn的單壁碳納米管(SWNT)。
首先，將10ml作為溶劑的丙酮置于Erlenmeyer燒瓶中，并向其中 加入50 mg所述碳納米管。在利用超聲發(fā)生器均勻混合所述混合物之 后，劇烈攪拌下向其中緩慢滴加入5g聚丙烯。為均勻混合，攪拌得到 的混合物約30分鐘。攪拌之后，將均勻的混合物傾倒入直徑20mm和 厚度lmm的模具中。將所述模具置于溫度為8(TC的烘箱內(nèi)并使其靜置 約1天，以蒸發(fā)溶劑并將碳納米管穩(wěn)定在所述聚合材料內(nèi)。從該模具 分離聚合材料，制得利用碳納米管作為增強(qiáng)劑的聚丙烯聲學(xué)振膜。
實(shí)施例2
除進(jìn)一步利用表面活性劑來增強(qiáng)碳納米管的分散程度外，不改變 實(shí)施例1中采用的條件和使用的材料含量，重復(fù)實(shí)施例1的步驟。
使用聚環(huán)氧乙烷-8-月桂基醚、CH3-(CH2),,(OCH2CH2)7OCH2CH3 (下文簡稱為"C12E08")作為表面活性劑。
首先，將10ml作為溶劑的丙酮置于Erlenmeyer燒瓶中，并將35mg C12E08均勻溶解在所述溶劑中。將50mg所述碳納米管加入所述 C12E08溶液中。在利用超聲發(fā)生器均勻混合所述混合物之后，劇烈攪 拌下向其中緩慢滴加入5g聚丙烯。為均勻混合，攪拌得到的混合物約 30分鐘。攪拌之后，將均勻的混合物傾倒入直徑20 mm和厚度lmm 的模具中。將所述模具置于溫度為8(TC的烘箱內(nèi)并使其靜置約1天， 以蒸發(fā)溶劑并將碳納米管穩(wěn)定在所述聚合材料內(nèi)。從該模具分離聚合 材料，制得利用碳納米管作為增強(qiáng)劑的聚丙烯聲學(xué)振膜。
如通過電子顯微鏡觀察到的，當(dāng)與不使用任何表面活性劑制得的 聲學(xué)振膜(實(shí)施例1)中相比時(shí)，所述碳納米管被均勻分布在利用所述表面活性劑制得的聲學(xué)振膜(實(shí)施例2)中。
下面，除按照表1所示改變碳納米管或石墨納米纖維的種類和量 外，以與實(shí)施例2中相同的方式利用表面活性劑制備樣品。根據(jù)使用 的聚合材料的種類測量樣品彈性的改變。結(jié)果在表1中給出。樣品彈 性的增大是基于不使用任何碳納米管或石墨納米纖維的相同聚合物樣 品彈性的增大而評價(jià)的。
這里使用的SWNT(單壁納米管)平均直徑為lnm且長度為1 /mi。 這里使用的石墨納米纖維(GNF)是平均直徑10nm和長度1/mi的魚骨型
石墨納米纖維。
表1
樣品編號聚合物CNTs的種類CNTs含量(wt^)彈性提高(％)
1PESWNTs121.1
2PES，Ts546.8
3PESWNTs10131,3
4PEGNFs125.0
5PPSWNTs123.7
6PPGNFs131.0
7PETSWNTs1.532.1
8PEIGNFs0.514.4
9PEIGNFs15184
*注PE-聚乙烯，PP-聚丙烯，PEI-聚醚酰亞胺，PET-聚對苯二甲
酸乙二酯
如從表1的結(jié)果可看出的，利用GNF作為增強(qiáng)劑制得的樣品比利 用SWNT作為增強(qiáng)劑制得的樣品表現(xiàn)出更高的彈性增大。這些結(jié)果認(rèn) 為是由于產(chǎn)生自聚合材料對于GNF的高親合性的聚合材料和GNF之 間的強(qiáng)結(jié)合。使用碳納米管作為增強(qiáng)劑導(dǎo)致所述聲學(xué)振膜彈性的重大
提咼o
由于碳原子之間的強(qiáng)共價(jià)鍵，碳納米管或石墨納米纖維具有高的 機(jī)械強(qiáng)度和高的楊氏模量。此外，碳納米管或石墨納米纖維比所述聚合材料的比重更低。從而，在聲學(xué)振膜中使用碳納米管或石墨納米纖 維導(dǎo)致物理性質(zhì)如強(qiáng)度大大改進(jìn)，并減輕了重量，從而使得可獲得優(yōu) 異的聲音質(zhì)量。分散在用于聲學(xué)振膜的材料中、特別是聚合材料中的 碳納米管可用于大幅改進(jìn)所述聲學(xué)振膜所要求的物理性質(zhì)，如彈性模 量、內(nèi)部損耗和密度。
通過適當(dāng)?shù)乜刂谱鳛樵鰪?qiáng)劑的碳納米管的種類和量、用于分散碳 納米管的方法和分散劑(如表面活性劑)的種類，可利用所述碳納米 管制得最優(yōu)的聲學(xué)振膜。
將參考附圖更詳細(xì)地說明可應(yīng)用本發(fā)明聲學(xué)振膜的揚(yáng)聲器。
通常，聲學(xué)再現(xiàn)設(shè)備(如揚(yáng)聲器)主要分為號角喇叭、用于高保 真(Hi-Fi)組合音響中的音箱(如組件系統(tǒng))(包括用于轉(zhuǎn)化預(yù)定頻 帶的低音揚(yáng)聲器、中音揚(yáng)聲器和高音揚(yáng)聲器)、用于通過單個(gè)單元覆 蓋整個(gè)頻帶的通用揚(yáng)聲器、設(shè)計(jì)用于微型便攜式攝像機(jī)的重量超輕和 厚度超薄的微型揚(yáng)聲器、便攜式錄音機(jī)(隨身聽)、個(gè)人數(shù)字助理 (PDA)、筆記本電腦、移動通訊終端、耳機(jī)、移動電話、電話、無
線電報(bào)機(jī)等，用于移動通訊終端的接收器，部分插入使用者耳內(nèi)的耳 機(jī)、和用于僅接收特定頻帶的蜂鳴器。
本發(fā)明的聲學(xué)振膜可用于上述揚(yáng)聲器中，并根據(jù)揚(yáng)聲器所需的性 質(zhì)制備使其具有最優(yōu)的物理性質(zhì)。
下面將分別參考附圖1和2，提供包括本發(fā)明所述聲學(xué)振膜的微 型揚(yáng)聲器和壓電揚(yáng)聲器的說明。
根據(jù)圖1所示微型揚(yáng)聲器10的結(jié)構(gòu)，將磁鐵14和磁板15置于軛 鐵12內(nèi)，音圈13圍繞在所述磁鐵14和磁板15外圍。當(dāng)在其中振膜 16與所述音圈13的兩端(即陰極和陽極)均連接的狀態(tài)下產(chǎn)生驅(qū)動信號時(shí)，振膜振動產(chǎn)生聲音。
當(dāng)將驅(qū)動信號應(yīng)用于所述微型揚(yáng)聲器10的音圈13時(shí)，通過磁鐵
14在通過磁板15的磁路中產(chǎn)生非交流(直流(DC))磁通量，并在 能夠上下移動的音圈13中產(chǎn)生交替(交流(AC))旋轉(zhuǎn)的磁通量。根 據(jù)Fleming左手定則，所述非交流磁通量與所述交替旋轉(zhuǎn)的磁通量對 應(yīng)，以引起引力和斥力。通過引力和斥力的作用，振膜16和音圈13 上下振動，產(chǎn)生對應(yīng)于驅(qū)動信號的聲音。
采用了許多方法以防止由于微型揚(yáng)聲器10的高輸出導(dǎo)致出現(xiàn)振 膜16的變形，例如，通過引入波紋狀振膜以防止振膜破裂的增強(qiáng)振膜 的方法和提高振膜厚度的方法。盡管這些方法確保了可防止振膜的變 形和破裂，在0.5瓦或更高的高輸出下它們引起低頻聲音振幅的增大， 并且結(jié)果是引起了所述振膜的不良接觸和不令人滿意的振動(移動)， 導(dǎo)致振膜最低共振頻率的上升。該上升的最低共振頻率使得難以再現(xiàn) 低頻聲音。
另一方面，振膜厚度的減小導(dǎo)致振膜彈性提高，但引起振膜強(qiáng)度 低的問題。通過用藍(lán)寶石或金剛石涂覆振膜解決了該問題。然而，用 藍(lán)寶石或金剛石涂覆厚度較小(例如10/mi或更小)的振膜引起振膜的 硬化。
盡管根據(jù)本發(fā)明，減小了包括碳納米管或石墨納米纖維作為增強(qiáng) 劑的振膜的厚度，所述振膜的彈性得到改進(jìn)而沒有對強(qiáng)度造成任何破 壞。
圖2表示壓電揚(yáng)聲器(平板揚(yáng)聲器)的結(jié)構(gòu)。
參考圖2，用于壓電揚(yáng)聲器20中的振膜21是薄板形式，并要求 其是高度耐用和輕質(zhì)的。與傳統(tǒng)振膜相比，由于碳納米管或石墨納米纖維的物理性質(zhì)，本 發(fā)明的振膜21是輕質(zhì)的、高彈性的并具有高的機(jī)械強(qiáng)度。從而，包括
本發(fā)明振膜21的壓電揚(yáng)聲器20可有利地獲得優(yōu)異的聲音質(zhì)量。
此外，本發(fā)明的聲學(xué)振膜可廣泛用于微型揚(yáng)聲器、壓電揚(yáng)聲器和 小型、中型和大型揚(yáng)聲器，無論揚(yáng)聲器的形狀和結(jié)構(gòu)如何。
工業(yè)實(shí)用性
由上述描述，顯然，由于本發(fā)明的聲學(xué)振膜在彈性模量、內(nèi)部損 耗、強(qiáng)度和重量方面具有優(yōu)異的物理性質(zhì)，它在特定頻帶以及在寬頻 帶內(nèi)可有效地獲得優(yōu)異的聲音質(zhì)量和高輸出。
此外，由于改進(jìn)了碳納米管在本發(fā)明聲學(xué)振膜中的分散程度，可 實(shí)現(xiàn)揚(yáng)聲器優(yōu)異的聲音質(zhì)量。
進(jìn)一步，本發(fā)明的聲學(xué)振膜不僅可廣泛用于一般揚(yáng)聲器，包括微 型、小型、中型和大型揚(yáng)聲器，還可用于壓電揚(yáng)聲器(平板揚(yáng)聲器)。
盡管這里參考前述特定實(shí)施方式描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員可理解，不偏離所附權(quán)利要求中公開的本發(fā)明的范圍和精神，各 種改變和變化是可能的。
權(quán)利要求
1. 一種用于將電信號轉(zhuǎn)化為機(jī)械信號以產(chǎn)生聲音的聲學(xué)振膜，其中所述聲學(xué)振膜包括碳納米管或石墨納米纖維作為增強(qiáng)劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的聲學(xué)振膜，其中所述碳納米管或石墨納米纖維被包括或分散于聲學(xué)振膜中以起到增強(qiáng)劑的作用。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的聲學(xué)振膜，其中所述碳納米管或石墨納 米纖維被涂覆到聲學(xué)振膜的表面以起到增強(qiáng)劑的作用。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的聲學(xué)振膜，其中所述碳納米管或石墨納 米纖維被涂覆到聲學(xué)振膜的中央部分以起到增強(qiáng)劑的作用。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的聲學(xué)振膜，其中所述聲學(xué)振膜包括聚合 材料作為主要材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲學(xué)振膜，其中所述聚合材料是聚乙烯 (PE)、聚丙烯(PP)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET)或其混合物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的聲學(xué)振膜，其中所述聲學(xué)振膜包括漿體 或其與纖維的混合物作為主要材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的聲學(xué)振膜，其中所述聲學(xué)振膜包括選自 鋁、鈦和鈹?shù)慕饘僮鳛橹饕牧稀?br> 9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的聲學(xué)振膜，其中所述聲學(xué)振膜包括陶瓷 作為主要材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)振膜，其中所述碳納米管或石墨 納米纖維是單壁碳納米管、多壁碳納米管、石墨納米纖維、或其混合 物。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的聲學(xué)振膜，其中所述碳納米管或石墨納米纖維的形狀選自直的、螺旋狀的、分支狀及其混合形狀，或者是 具有不同形狀的碳納米管或石墨納米纖維的混合物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的聲學(xué)振膜，其中所述碳納米管 或石墨納米纖維包括至少一種選自H、 B、 N、 O、 F、 Si、 P、 S、 Cl、 過渡金屬、過渡金屬化合物和堿金屬的材料。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)振膜，其中所述聲學(xué)振膜包括表 面活性劑、硬脂酸或脂肪酸以分散所述碳納米管或石墨納米纖維。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)振膜，其中所述聲學(xué)振膜基于用 于聲學(xué)振膜的主要材料的重量包括0.1-50wt^的碳納米管或石墨納米纖維。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)振膜，其中所述聲學(xué)振膜基于用 于聲學(xué)振膜的主要材料的重量包括0.1-30wt^的碳納米管或石墨納米纖維。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)振膜，其中所述聲學(xué)振膜基于用 于聲學(xué)振膜的主要材料的重量包括0.1-20wt^的碳納米管或石墨納米纖維。
17. —種包括根據(jù)權(quán)利要求1-16任一項(xiàng)所述的聲學(xué)振膜的揚(yáng)聲器。
18. —種包括根據(jù)權(quán)利要求l-16任一項(xiàng)所述的聲學(xué)振膜的微型揚(yáng)聲器。
19. 一種包括根據(jù)權(quán)利要求l-16任一項(xiàng)所述的聲學(xué)振膜的壓電揚(yáng)聲器。
全文摘要
本文公開了用于將電信號轉(zhuǎn)化為機(jī)械信號以產(chǎn)生聲音的聲學(xué)振膜。所述聲學(xué)振膜包括碳納米管或石墨納米纖維作為增強(qiáng)劑。優(yōu)選所述碳納米管或石墨納米纖維被包括或分散于聲學(xué)振膜中或涂覆在所述聲學(xué)振膜的表面上。由于所述聲學(xué)振膜在彈性模量、內(nèi)部損耗、強(qiáng)度和密度方面具有優(yōu)異的物理性質(zhì)，它在特定頻帶以及在寬頻帶內(nèi)可有效地獲得優(yōu)異的聲音質(zhì)量和高輸出。
文檔編號H04R7/00GK101288336SQ200680038301
公開日2008年10月15日 申請日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者卞基滿, 金永男 申請人:Kh化學(xué)有限公司