一种基于石墨烯的柔性发声器件及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种基于石墨烯的柔性发声器件及其制备方法与应用，属于发声器件领域。包括层叠设置的柔性基底、电极层和产生热声效应的石墨烯导电薄膜层；所述电极层包括叉指电极结构；所述产生热声效应的石墨烯导电薄膜层覆盖所述叉指电极结构的叉指电极平行交错区域，并形成导电接触。本发明专利技术在柔性基底上利用叉指电极结构，可有效降低发声器件的电阻，即在小驱动电压下可实现大电流信号，从而降低对驱动电源和信号放大电路的要求；能够广泛应用于发声领域。实施例的数据表明：本发明专利技术所得柔性发声器件的电阻值为7.2～8.0Ω；在3kHz、Ipp＝2A的信号作用下，距发声器件5cm处所测得的声压值约为35dB。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯的柔性发声器件及其制备方法与应用
本专利技术涉及发声器件
，尤其涉及一种基于石墨烯的柔性发声器件及其制备方法与应用。
技术介绍
热声效应是指在一定条件下热能与声能相互转换的现象。热声效应最直接的应用就是激发声波。热声扬声器是利用热声效应产生声音的器件，其原理为：当交变电流通过导体时，导体就会产生间歇性的焦耳热。导体和周围介质(如空气)间的热交换引起了介质的温度振荡。介质的热胀冷缩激发出声波。与传统的动圈线圈式扬声器、静电扬声器相比，热声扬声器最显著的特征就是没有活动部件。简单的结构设计可以极大地降低扬声器的厚度。它不依靠磁场工作，不会产生电磁干扰。热声扬声器的出现为扬声器的制造和声学设备的发展开辟出了新的途径。热声扬声器导体材料厚度越薄，越有利于提高其发声效率。作为当今最为热门的新型纳米材料，石墨烯具有优异的导电导热性和极薄的厚度，是一种理想的热声器件导体材料。目前已有利用化学气象法沉积法(CVD)制备的石墨烯薄膜和还原氧化石墨烯作为导体的热声器件。石墨烯热声器件也存在着一些问题和不足需要解决。例如：导体材料极小的厚度造成了热声扬声器的器件阻值偏大(可达上百欧姆)尤其是利用还原氧化石墨烯法制成的薄膜，其还原程度的不彻底导致了更高的电阻值。而市面主流的音频功率放大电路仅适配阻抗值为几欧姆至几十欧姆的传统扬声器。利用化学气相沉积法制得的石墨烯薄膜成本高昂，且无法承受较较大的弯曲应变，有实验表明8％的应变足以使得CVD石墨烯薄膜产生裂纹。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种基于石墨烯的柔性发声器件及其制备方法与应用，本专利技术的柔性发声器件具有较低的阻抗，使用市面常见的音频放大电路板即可播放音乐；在高频电信号作用下，器件也可以激发出超声波；器件在承受较大弯曲应变时仍可正常工作。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种基于石墨烯的柔性发声器件，包括层叠设置的柔性基底、电极层和产生热声效应的石墨烯导电薄膜层；所述电极层包括叉指电极结构，所述叉指电极结构包括叉指电极平行交错区域；所述产生热声效应的石墨烯导电薄膜层覆盖所述叉指电极结构的叉指电极平行交错区域，并形成导电接触。优选地，所述柔性基底的材质包括柔性耐高温绝缘材料。优选地，所述柔性耐高温绝缘材料包括聚酰亚胺、云母或聚四氟乙烯。优选地，所述电极层的材质包括金属或导电陶瓷；所述金属包括金、铂、银、铑、铜或铝；所述导电陶瓷包括氧化铟锡、镍酸镧或氧化锌铝。优选地，所述叉指电极结构的厚度为0.1μm～500μm。优选地，所述叉指电极结构的电极宽度、电极间距独立地为0.1μm～500μm。优选地，所述产生热声效应的石墨烯导电薄膜层的厚度为0.34nm～1000nm。优选地，所述基于石墨烯的柔性发声器件的总电阻为1～30Ω。本专利技术还提供了上述技术方案所述的基于石墨烯的柔性发声器件的制备方法，包括以下步骤：(1)提供柔性基底；(2)在所述柔性基底的表面进行光刻、溅射和剥离，得到电极层-基底材料，所述电极层包括叉指电极结构；所述叉指电极结构包括叉指电极平行交错区域；(3)对所述电极层-基底材料中电极层中除叉指电极平行交错区域以外的部分覆盖光刻胶，得到预保护基底材料；(4)将所述预保护基底材料倾斜浸入表面漂浮有自组装石墨烯薄膜的水中，使石墨烯薄膜对准预保护基底材料暴露的叉指电极平行交错区域，并缓慢拉升，烘干后即可得到预柔性发声器件；(5)去除所述预柔性发声器件上的光刻胶，洗净烘干后只保留覆盖于叉指电极平行交错区域的石墨烯薄膜，即得到所述基于石墨烯的柔性发声器件。本专利技术还提供了上述技术方案所述的基于石墨烯的柔性发声器件在发声领域中的应用。本专利技术提供了一种基于石墨烯的柔性发声器件，包括层叠设置的柔性基底、电极层和产生热声效应的石墨烯导电薄膜层；所述电极层包括叉指电极结构；所述产生热声效应的石墨烯导电薄膜层覆盖所述叉指电极结构的叉指电极平行交错区域，并形成导电接触。本专利技术发声器件的电极层包括叉指电极结构，当向叉指电极施加交流音频电信号，由于热声导体层石墨烯的导电性，交变电流将流过处于叉指电极缝隙间石墨烯并产生间歇性的焦耳热；石墨烯与其周围介质(如空气)产生热交换引起介质的温度振荡；介质的热胀冷缩效应会激发出声波。虽然石墨烯极小的厚度导致其本身的材料电阻率较大，但叉指电极结构可减小热声导体层的长度，并将处于同一缝隙间的石墨烯并联在一起，从而降低了发声器件的电阻值。实施例的数据表明：本专利技术所得柔性发声器件的电阻值为7.2～8.0Ω；在3kHz、Ipp＝2A的信号作用下，距发声器件5cm处所测得的声压值约为35dB。本专利技术提供了所述基于石墨烯的柔性发声器件的制备方法，具有工艺简单、成本低，制备的柔性发声器件的性能好的优点。附图说明图1为本专利技术提供的叉指电极结构的结构示意图；图2为本专利技术实施例1的基于石墨烯的柔性发声器件的制备流程图；图3为本专利技术基于石墨烯的柔性发声器件应用于发声领域时的工作电路图；图4为实施例1所得的基于石墨烯的柔性发声器件的截面示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种基于石墨烯的柔性发声器件，包括层叠设置的柔性基底、电极层和产生热声效应的石墨烯导电薄膜层；所述电极层包括叉指电极结构，所述叉指电极结构包括叉指电极平行交错区域；所述产生热声效应的石墨烯导电薄膜层覆盖所述叉指电极结构的叉指电极平行交错区域，并形成导电接触。本专利技术提供的基于石墨烯的柔性发声器件包括柔性基底。在本专利技术中，所述柔性基底的材质优选包括柔性耐高温绝缘材料；所述柔性耐高温绝缘材料优选包括聚酰亚胺、云母或聚四氟乙烯。在本专利技术中，所述柔性基底的厚度优选为1μm～500μm。本专利技术对所述柔性基底的面积不做具体限定，本领域技术人员根据实际需要进行选择即可。本专利技术采用柔性基底制备柔性发声器件，使得器件即使受到外力产生弯曲依然能够实现发声。本专利技术提供的基于石墨烯的柔性发声器件包括电极层；所述电极层的材质优选包括金属或导电陶瓷；所述金属优选包括金、铂、银、铑、铜或铝，进一步优选为金或铂；所述导电陶瓷优选包括氧化铟锡、镍酸镧或氧化锌铝，进一步优选为氧化铟锡。在本专利技术中，所述电极层包括叉指电极结构，所述叉指电极结构包括叉指电极平行交错区域。在本专利技术中，所述叉指电极结构的电极间距优选为0.1μm～500μm，进一步优选为10～50μm；所述叉指电极结构的电极间距如图1中b所表示的距离。本专利技术将电极层叉指电极结构中两个电极间距调节为0.1μm～500μm，保证了器件能够发声。在本专利技术中，所述叉指电极结构的电极宽度优选为0.1μm～500μm，进一步优选为10～50μm。在本专利技术中，所述叉指电极结构的电极宽度如图1中a所表示的距离。在本专利技术中，所述叉指电极结构的厚度优选为0.1μm～500μm；由于电极层为叉指电极结构的整体性描述，即叉指电极结构构成电极层，所以叉指电极结构的厚度与电极层的厚度一致。本专利技术对所述叉指电极结构的电极长度和所述叉指电极结构的叉指电极平行交错的深度没有特殊的限定，本领域技术人员根据实际需要进行设置即可；所述叉指电极结构的电极长度如图1中d所示的距离；所述叉指电极结构的叉指电极平行交错的深度如图1中c所示的距离。本专利技术提供的基于石墨烯的柔性发声器件包括产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯的柔性发声器件，其特征在于，包括层叠设置的柔性基底、电极层和产生热声效应的石墨烯导电薄膜层；所述电极层包括叉指电极结构，所述叉指电极结构包括叉指电极平行交错区域；所述产生热声效应的石墨烯导电薄膜层覆盖所述叉指电极结构的叉指电极平行交错区域，并形成导电接触。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的柔性发声器件，其特征在于，包括层叠设置的柔性基底、电极层和产生热声效应的石墨烯导电薄膜层；所述电极层包括叉指电极结构，所述叉指电极结构包括叉指电极平行交错区域；所述产生热声效应的石墨烯导电薄膜层覆盖所述叉指电极结构的叉指电极平行交错区域，并形成导电接触。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的柔性发声器件，其特征在于，所述柔性基底的材质包括柔性耐高温绝缘材料。3.根据权利要求2所述的基于石墨烯的柔性发声器件，其特征在于，所述柔性耐高温绝缘材料包括聚酰亚胺、云母或聚四氟乙烯。4.根据权利要求1所述的基于石墨烯的柔性发声器件，其特征在于，所述电极层的材质包括金属或导电陶瓷；所述金属包括金、铂、银、铑、铜或铝；所述导电陶瓷包括氧化铟锡、镍酸镧或氧化锌铝。5.根据权利要求1所述的基于石墨烯的柔性发声器件，其特征在于，所述叉指电极结构的厚度为0.1μm～500μm。6.根据权利要求1或5所述的基于石墨烯的柔性发声器件，其特征在于，所述叉指电极结构的电极宽度、电极间距独立地为0.1μm～500μm。7.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵全亮，庞垒，盛天宇，何广平，狄杰建，袁俊杰，赵磊，苏婷婷，贾涛鸣，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11