一种金箔石墨烯复合振膜多本征值拾音器制造技术

一种金箔石墨烯复合振膜多本征值拾音器，属于振膜制备技术领域，本发明专利技术为解决现有振膜没有针对振动频率的设计、信噪比较低，振膜比较厚，无法应用在微拾音器中，以及制备方法的限制导致振膜尺寸小的问题。它包括：金箔石墨烯振膜贴装于玻璃支撑件内部空腔顶部，光纤插装在玻璃支撑件底部孔洞内，玻璃支撑件内部空腔构成F

【技术实现步骤摘要】
一种金箔石墨烯复合振膜多本征值拾音器


[0001]本专利技术涉及一种采用金箔和石墨烯复合振膜制备的多本征值拾音器，属于振膜制备


技术介绍

[0002]拾音器是一种广泛应用于航空航天、电子装备等各领域的对声音的振动进行采集的装置，拾音器的重要部件是振膜。
[0003]振膜是一个对于磁场变化很敏感的元件，当电信号通过线圈的时候，磁场产生变化，导致振膜受力变形。现有的振膜技术主要有：
[0004]公开号为CN211047203U、名称为《膜片、喇叭以及耳机》的专利，公开号为CN112399312A、名称为《膜片、喇叭以及膜片的制造方法》的专利，这两篇专利文件公开了一种膜片的制造方法，包括四层复合振膜，能使振膜高频的延展性得到更良好的发挥，同时能兼顾高音和低音的声效效果，但是该振膜的实际厚度较大，无法作为微声拾音器的振膜。
[0005]公开号为CN106060722A、名称为《石墨烯振膜、振膜制作方法及包括该振膜的传声器》的专利，提出了一种石墨烯材料传声器振膜及制作该振膜的方法，包括具有突起结构的金属镍环，以及与该金属镍环的具有突起结构的一面结合为一体的石墨烯薄膜，其中突起结构突出石墨烯薄膜，该振膜结构由以下方式得到：提供一金属镍片，在该金属镍片的一个表面上的外周沿部分设置多个突起结构，在金属镍片的具有突起结构的表面上生长石墨烯薄膜，突起结构突出薄膜表面，利用刻蚀的方式将金属镍片的中间部分去除，得到具有突起结构的金属镍环，金属镍环与石墨烯薄膜结合为一体，由此制得石墨烯振膜，进一步提出一种包括该石墨烯材料振膜的电容传声器，该专利中的石墨烯材料振膜结构牢固，并使具有该石墨烯振膜的传声器的灵敏度、频率响应、瞬态响应等电声特性均得到较大提升。
[0006]公开号为CN106131755A、名称为《具有石墨烯振膜的传声器》的专利，提出了一种具有石墨烯振膜的电容式传声器，包括石墨烯振膜、具有通孔的背极板，振膜与背极板之间由绝缘环相隔，振膜与背极板之间具有间隔，振膜与背极板分别通过导电组件连接至供电及放大组件，从而振膜与背极板构成电容器，针对形成电容结构的振膜与背极板的不同间距，采用了不同的加电手段以实现传声器功能，解决了如何使具有石墨烯振膜的传声器正常工作的技术问题。该专利中的传声器的灵敏度、频率响应、瞬态响应等电声特性相比传统电容式传声器均得到较大提升。
[0007]但是，上述专利文件中的振膜声音传感器存在的问题有：
[0008]1、均为从原理的角度进行的设计，且主要目的仅仅是为了提高拾音器振膜的灵敏度，对振膜的振动频率并没有相应的设计和阐述，振膜的信噪比也比较低；
[0009]2、多层的复合振膜主要关注的是振膜高频的延展性，同时能兼顾高音和低音的生效效果，但是振膜的实际厚度较大，无法应用在微拾音器中。
[0010]3、由于石墨烯薄膜在制备过程中存在不同程度的缺陷，当使用石墨烯薄膜面积逐渐扩大时，石墨烯振膜的制备成功率会逐渐降低。

技术实现思路

[0011]本专利技术目的是为了解决现有振膜没有针对振动频率的设计、信噪比较低，振膜比较厚，无法应用在微拾音器中，以及制备方法的限制导致振膜尺寸小的问题，提供了一种金箔石墨烯复合振膜多本征值拾音器。
[0012]本专利技术所述一种金箔石墨烯复合振膜多本征值拾音器，它包括：金箔石墨烯振膜、玻璃支撑件和光纤，所述玻璃支撑件为底部开有孔洞、内部有空腔的长方体；
[0013]金箔石墨烯振膜贴装于玻璃支撑件内部空腔的顶部，光纤插装在玻璃支撑件底部的孔洞内，玻璃支撑件内部的空腔构成F
‑
P谐振腔；
[0014]通过调节金箔石墨烯振膜的参数获得不同本征值的金箔石墨烯振膜，本征值之间是等差的，所述参数包括褶皱状态、厚度、直径和金箔面积，
[0015]进而通过调控金箔石墨烯振膜的本征值，使金箔石墨烯振膜的共振频率与待识别目标的特征频率匹配。
[0016]优选的，通过调节金箔石墨烯振膜的参数获得不同本征值的金箔石墨烯振膜，进而调控金箔石墨烯振膜的共振频率的具体过程包括：
[0017]金箔石墨烯振膜的褶皱越少，共振频率越高，金箔石墨烯振膜的褶皱越多，共振频率越低；
[0018]共振频率与金箔石墨烯振膜的厚度的二分之一次方成反比。
[0019]优选的，所述F
‑
P谐振腔的长度为：使干涉条纹的对比度为1时的长度。
[0020]优选的，所述金箔石墨烯振膜的直径为2～20mm，层数为20～30层。
[0021]优选的，所述金箔石墨烯振膜采用倒悬法进行制备，其具体过程包括：
[0022]S1、将涂有PMMA保护膜的石墨烯转移至硅片基底表面；
[0023]S2、采用无水乙醇将PMMA保护膜的表面浸润，将浸润PMMA保护膜表面后的石墨烯和硅片基底置于石英槽内，所述PMMA保护膜浸润的表面朝向下；
[0024]S3、将丙酮通入石英槽内，持续3min；
[0025]S4、抬起石英槽的一侧，使得丙酮自石英槽内流出，获得石墨烯振膜结构；
[0026]S5、将制备完成的石墨烯振膜结构置于空气中干燥，持续1min；
[0027]S6、将厚度为12nm的金箔悬浮于石墨烯振膜结构的表面，通过分子间的作用力使金箔吸附于石墨烯振膜结构的表面，获得金箔石墨烯振膜。
[0028]优选的，通过S3所述丙酮通入石英槽的流量、流速、S4所述丙酮流出石英槽的流速和石英槽的抬起角度控制金箔石墨烯振膜的褶皱状态。
[0029]优选的，S3中通过蠕动泵将丙酮通入石英槽；通过蠕动泵控制丙酮通入石英槽的流量和流速。
[0030]优选的，通过调节金箔石墨烯振膜的参数获得不同本征值的金箔石墨烯振膜，进而通过调控金箔石墨烯振膜的本征值，使金箔石墨烯振膜的共振频率与待识别目标的特征频率匹配的具体方法包括：
[0031]金箔石墨烯振膜表面受到的声压P为：
[0032]P＝P
a
e
jwt
；
[0033]其中，P
a
表示声压的振幅，e表示自然底数，j表示虚数单位，w表示声波的圆频率，t表示时间；
[0034]面元dxdy受到的外力F
F
为：F
F
＝Pdxdy；
[0035]代入膜振动方程，获得圆膜的强迫振动方程：
[0036][0037]其中，r表示极点径向距离，即极径，η表示膜上一点离开平衡位置的平衡方向距离，即挠度，θ表示极径与极轴的夹角，c表示常数，表示偏导数；
[0038]解得：
[0039]η(t,r)＝η
a
e
jwt
[0040][0041]其中，η(t,r)表示膜上一点离开平衡位置的平衡方向距离随时间t和极径r的函数，η
a
表示位移的振幅，k表示常数，k＝2πf/c，f表示声音频率，T表示膜张力，单位N/m，a表示膜半径，J0(kr)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金箔石墨烯复合振膜多本征值拾音器，其特征在于，它包括：金箔石墨烯振膜(1)、玻璃支撑件(2)和光纤(3)，所述玻璃支撑件(2)为底部开有孔洞、内部有空腔的长方体；金箔石墨烯振膜(1)贴装于玻璃支撑件(2)内部空腔的顶部，光纤(3)插装在玻璃支撑件(2)底部的孔洞内，玻璃支撑件(2)内部的空腔构成F
‑
P谐振腔(4)；通过调节金箔石墨烯振膜(1)的参数获得不同本征值的金箔石墨烯振膜(1)，本征值之间是等差的，所述参数包括褶皱状态、厚度、直径和金箔面积，进而通过调控金箔石墨烯振膜(1)的本征值，使金箔石墨烯振膜(1)的共振频率与待识别目标的特征频率匹配。2.根据权利要求1所述的一种金箔石墨烯复合振膜多本征值拾音器，其特征在于，通过调节金箔石墨烯振膜(1)的参数获得不同本征值的金箔石墨烯振膜(1)，进而调控金箔石墨烯振膜(1)的共振频率的具体过程包括：金箔石墨烯振膜(1)的褶皱越少，共振频率越高，金箔石墨烯振膜(1)的褶皱越多，共振频率越低；共振频率与金箔石墨烯振膜(1)的厚度的二分之一次方成反比。3.根据权利要求1所述的一种金箔石墨烯复合振膜多本征值拾音器，其特征在于，所述F
‑
P谐振腔(4)的长度为：使干涉条纹的对比度为1时的长度。4.根据权利要求1所述的一种金箔石墨烯复合振膜多本征值拾音器，其特征在于，所述金箔石墨烯振膜(1)的直径为2～20mm，层数为20～30层。5.根据权利要求1所述的一种金箔石墨烯复合振膜多本征值拾音器，其特征在于，所述金箔石墨烯振膜(1)采用倒悬法进行制备，其具体过程包括：S1、将涂有PMMA保护膜的石墨烯转移至硅片基底表面；S2、采用无水乙醇将PMMA保护膜的表面浸润，将浸润PMMA保护膜表面后的石墨烯和硅片基底置于石英槽内，所述PMMA保护膜浸润的表面朝向下；S3、将丙酮通入石英槽内，持续3min；S4、抬起石英槽的一侧，使得丙酮自石英槽内流出，获得石墨烯振膜结构；S5、将制备完成的石墨烯振膜结构置于空气中干燥，持续1min；S6、将厚度为12nm的金箔悬浮于石墨烯振膜结构的表面，通过分子间的作用力使金箔吸附于石墨烯振膜结构的表面，获得金箔石墨烯振膜(1)。6.根据权利要求5所述的一种金箔石墨烯复合振膜多本征值拾音器，其特征在于，通过S3所述丙酮通入石英槽的流量、流速、S4所述丙酮流出...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨霖，赫晓东，侯成宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：