[发明专利]具有平坦且宽频响的悬空石墨烯热声装置

说明书

本发明公开了一种具有平坦且宽频响的悬空石墨烯热声装置。热声装置中设有石墨烯热声膜、溅射层、左右电极和支撑基底。石墨烯热声膜将电流信号通过热声原理转换为与信号频率相关的声压信号；左右电极将电压施加在石墨烯膜上，信号源的交流信号给热声装置施加基本声波信号，直流偏置将使得输出声波信号频率与输入电流信号频率一致；支撑基底可以将石墨烯膜进行支撑从而适应不同的场合；溅射在石墨烯膜上面形成溅射层可稳定悬空部分的石墨烯膜。本发明提出的新型的悬空的石墨烯热声装置具有结构小，带宽长且平坦，声压高的优势。

技术领域

本发明属于声波换能器技术领域中的扬声器领域，特别是涉及基于一种材料的热声效应而实现的热致扬声器。

背景技术

随着生活水平的提高，扬声器也因此更加受到了人们的关注，对它的性能有了更高的要求，如何提高扬声器的性能也是研究者们首先想到的事情。传统扬声器分为动圈式、静电式、电磁式和压电式等。不同种类的传统扬声器存在着相应的缺点如动圈式频率范围相对较窄，静电式扬声器效率低且需要高直流电源，压电式扬声器容易失真等。同时传统扬声器分别通过磁场、电极间力或者压电效应来使得振膜来振动发声[1]，由于材料本身的特性在振动时必然会有一个本振频率，从而导致传统扬声器频率特性欠佳。传统扬声器的频带宽度也会受扬声器的尺寸限制，基本在20kHz以下。热致声器件是通过在发声材料两端施加交流信号，使材料发生焦耳效应，产生相对频率的热振荡[2]。在空气中或者其他介质中，所产生的热振荡进而发声。因此不存在谐振频率导致的频带窄等问题，只要通过改变施加的信号频率就能改变声波频率，且所能产生声波频率达到超声波级别。与现有的热声器件不一样，本发明所设计的具有平坦且宽频响的悬空石墨烯热声装置，可以使用低电压达到高分贝，同时宽且平坦的频响。本发明的热声器件易于制作、发声和调试。

引用文献：

[1]H.Tian,T.L.Ren,D.Xie,Y.F.Wang,C.J.Zhou,T.T.Feng,D.Fu,Y.Yang,P.G.Peng,L.G.Wang and L.T.Liu,ACS Nano,2011,5,4878

[2]Shinoda,H.；Nakajima,T.；Ueno,K.；Koshida.,N.ThermallyInducedUltrasonic Emission from Porous Silicon.Nature 1999,400,853–855.

发明内容

本发明提出一种具有平坦且宽频响的悬空石墨烯热声装置，通过对基底结构的设计材料的选择和对石墨烯膜的表面的溅射，在低电压输入的情况下实现增强了声压和改善了频响的品坦度的同时还不减弱其强度从而不易损坏。

本发明解决其技术问题所采用的的技术方案是：

一种具有平坦且宽频响的悬空石墨烯热声装置，包括基底、电极、石墨烯膜和溅射层；所述的基底的中间位置镂空；石墨烯膜作为装置的发声主体，平整铺设于镂空区域上方，且其边缘固定于镂空区域周边的基底上；电极有两个，分别设置于石墨烯膜的两侧，且均与石墨烯膜导通；所述的溅射层淀积于石墨烯膜的上表面，在所述的镂空区域上方与石墨烯膜结合形成提高石墨烯膜刚度的导电复合层；两个电极均连接外部直流电源和交流电源。

作为优选，所述基底的材料为有机玻璃PMMA，其有着低导热系数。

作为优选，所述电极的材料为银胶，其导电性优异且可操作性强。

作为优选，所述石墨烯膜的厚度范围为20nm～100nm。

作为优选，所述溅射层的材料为铜，其导电性好且刚性强。

作为优选，所述溅射层的厚度范围为20nm～100nm。

作为优选，热声装置整体长度为1.5cm，宽度为1cm。