[发明专利]薄膜永电体、薄膜永电体制作方法及其声音播放装置

说明书

技术领域

本发明是有关于一种薄膜永电体、薄膜永电体制作方法及其声音播放装置，特别是有关于一种以纳米石墨烯材料作为导电层材料的薄膜永电体的制作方法，及以具有石墨烯导电层的该薄膜永电体作为振模的声音播放装置。

背景技术

视觉与听觉是人类最直接的两种感官反应，  因此长久以来，科学家们极力发展各种可再生视觉与听觉的相关系统。同时，随着人们对于感官品质的日益要求，以及3C产品(Computer，Communication，Consumer Electronics)在追求短小、轻薄的前提下，一种省电、轻薄、可依人体工学需求设计的扬声器(Loudspeakers)，不管是搭配大尺寸的平面扬声器，还是小到如随身听的耳机或立体声的手机，在可以预见的未来将有大量的发展潜力。

静电扬声器由于具备让3C产品体积扁平化的潜力，因此近年来主要以发展静电扬声器为主。静电扬声器是依照库伦定律，  同时具有相异或同性的电荷的两个导体可产生推或挽力(push or pull force)。交变的推挽静电力可导致具静电荷振动板(diaphragm)的振动，而产生声音。一静电扬声器一般包括两个多孔导电板或电极板与一介于导电板或电极板间且由其所驱动的振动板。气隙(air gap)可将电极与振动板隔开以提供振动板振动的空间。振动板通常薄且轻，而使静电扬声器的暂态反应(transition response)、于高频的延伸性(expansion capability)、声音流畅度(smoothness of sound)、声音逼真度(acoustic fidelity)与低失真度(distortion)，优于其他形式的扬声器，例如电动(dynamic)、动圈(movingcoil)式或压电(piezoelectric)式扬声器。此外，振动板必须具备静电荷，以当信号传至电极板时，在由电极板所形成电场的作用下，允许诱导静电力驱动振动板。

由于结构简单，静电扬声器可被制造成多种尺寸以适应日增的对于小且薄的电子装置的需要。然而一般静电扬声器选用一直流对直流电源转换器(DC-DC converter)以提供由导体所构成振动板上的静电荷。考虑到直流对直流电源转换器的尺寸、成本与电源消耗，已发展永电体材料来取代直流对直流电源转换器。永电体为一具有一准永久电荷或偶极极化的介电材料。一驻极体产生内部及外部电场，其可为一永磁的静电等效，请参阅G.M.Sessler于1980在Topics in Applied Physicsvol.33第一章第1页所载及美国专利第4,288,584号(Mishra)。永电体电荷可包括净电荷(例如表面及/或空间电荷)及/或偶极极化。净电荷包括捕捉正及负电荷载体层，然而以永电体作为振模，则常受限于永电体的导电层材料的导电特性，让振模相对电荷变化而振动的灵敏度也受到限制，因此近年出现将纳米碳管用于制作永电体，以改善导电性不好造成灵敏度低等问题，但使用纳米碳管制作永电体，则存在高成本的问题。

自2004年，英国曼彻斯特大学A.K.Geim教授所带领的研究团队以胶带玻璃的方式获得单层石墨烯，证实了单层石墨烯的存在后，带动了科学家致力研究石墨烯的相关特性。研究结果显示石墨烯具有许多不寻常的性质。例如石墨烯薄膜坚固易脆，但又可以曲折，且石墨烯(单层石墨)呈现几乎透明的状态，并有非常良好的导电性及导热系数高达5300W/m·K，比纳米碳管和金钢石好。石墨烯在室温下的电子迁移率(electronmobility)超过15000cm²/Vs，比纳米碳管(约10000cm²/Vs)高，更是硅晶(1400cm²/Vs)的10倍以上，且电阻为约106Ω/cm，比铜或银金属更低，是目前所有已知材料中，在室温下具最低电阻的材料，且其导电密度更是铜的一百万倍。

由于纳米石墨烯独特且优异的电子特性，促使广阔的应用前景不断显现出来。例如，可应用在目前当今最红的iphone触控面板，及由于石墨烯拥有比钢强上百倍的韧性，使其不易断裂并拥有极好的弹性。因此，石墨烯可制成比塑胶还轻，强度却比钢铁还强的用品，以取代现有材料，广泛运用在防弹衣、汽车、飞机、人造卫星的制作上。

由于石墨烯的分子结构呈现状似蜂巢的超薄平面结构、具备超优良的导电性及价格便宜的特性，并未见应用于永电体的制作上的因素，若能将石墨烯材料应用于扬声器的驻极体的制作上，不但可以符合现今对于3C产品需具备轻薄的特性的要求，更可由其超高的导电性，让永电体在作为扬声器的振模时，能具备更良好的灵敏性以呈现更为细腻的声音及降低其他信号。