【技术实现步骤摘要】
本申请涉及声学材料领域，更为具体地，涉及一种轻质高模量碳基绝缘复合材料及应用该轻质高模量碳基绝缘复合材料的声学电子设备。
技术介绍
1、现有声学单元结构中，球顶式扬声器由于它的中高频响应性优异、指向性强、瞬态特殊优秀、失真少的特性，而被广泛应用在声学单体结构中，其中涉及入耳式耳机单元、头戴耳机单元、车载耳机单元、手持设备发声单元等领域。
2、球顶式扬声器单元的振膜发声系统涉及一般由球顶振膜和高顺性的折环所构成。其中扬声器的高频拓展性能是评价一个声学单元性能的关键因素。而在现有架构下，提升发声单元的高频拓展性能的重要手段为提升球顶振膜材料的刚性(比模量性能)及采用三维结构的振膜构型。因此，对于振膜的材料提出更高的要求。目前，现有技术中为了提升振膜材料的模量，常采用金属振膜如镁铝合金、镁锂合金，高模量共轭环结构的塑料材料如pet\lcp及其碳纤维复合材料。对于金属振膜而言，由于其低阻尼因子的特性，使其在高频共振时,响度过高，导致形成刺耳的听感。对于高模量共轭环结构的塑料材料而言，目前的技术上限为模量20gpa,由于其聚合物有机结构特性，模量难以进一步提升。对于碳纤维复合材料而言，虽然碳纤维材料的模量很高，由于纤维的特性，因此难以加工成曲面形状。
3、其次，随着声学架构的小型化、致密化的发展方向，目前声学单元中，将会使用到锦丝线，其中扬声器的锦丝线一般为多股铰合的金属导体，无绝缘层保护。很多场景锦丝线需要穿过球顶。若球顶导电性好，虽然有绝缘胶水保护，但会有摩擦破损导致短路风险。也有部分场景锦丝线与球顶近距离设置
技术实现思路
1、本专利技术主要针对现有材料体系无法同时满足振膜对膜片高比模量、高刚度、高绝缘和可加工性的问题，提出通过设计和调控二维绝缘碳材料与一维纳米线复合体微观结构，并通过无机交联剂进行点阵偶联固定的方式，在多孔宏观体膜中同时实现低密度、高模量、高绝缘度和可加工性能。并且开发了一套低温模压成型工艺，实现高模量高绝缘三维碳材振膜构型，在标准测试环境下，声学性能较佳，展示出明显的高频拓宽性能。
2、上述目标和其它目标将通过独立权利要求中的特征来达成。进一步的实现方式在从属权利要求、说明书和附图中体现。
3、第一方面，本申请提供了一种轻质高模量碳基绝缘复合材料，该绝缘复合材料是由二维碳纳米片、一维纳米线、交联剂和疏水有机物所构成二维平面膜材、片材或具有三维造型的器件结构，其中二维碳纳米片、一维纳米线、交联剂和疏水有机物的质量比例范围为：1:0.01-0.2:0.001-0.01:0.0001-0.01。
4、根据第一方面，在所述轻质高模量碳基绝缘复合材料的第一种可能的实现方式中，复合膜片厚度为20-150μm，膜片杨氏模量为30-100gpa，杨氏模量与表观密度比值≥20gpa/(kg/m^3),拉伸断裂伸长率≥1％，面电阻值≥10mω。
5、根据第一方面，在所述轻质高模量碳基绝缘复合材料的第二种可能的实现方式中，所述二维碳纳米片、所述一维纳米线和所述交联剂的微观结构呈现为面-线-孔复合结构。
6、根据第一方面的第二种实现方式，在所述轻质高模量碳基绝缘复合材料的第三种可能的实现方式中，在所述面-线-孔复合结构中，所述二维纳米片为结构骨架，通过水平取向和部分交叠方式形成层状多孔结构网络。
7、根据第一方面的第二种实现方式，在所述轻质高模量碳基绝缘复合材料的第四种可能的实现方式中，在所述面-线-孔复合结构中，所述一维纳米线为第二相结构增强单元，所述一维纳米线在水平方向相互交织成平面网络结构，跨越多个二维纳米片层形成搭接结构，穿插于相邻二维纳米片之间的孔洞形成跨层结构。
8、根据第一方面的第二种实现方式，在所述轻质高模量碳基绝缘复合材料的第五种可能的实现方式中，在所述面-线-孔复合结构中，所述交联剂作为界面增强剂，在二维材料片层、一维纳米线界面处形成相互交联且可逆的化学键。
9、根据第一方面的第二种实现方式，在所述轻质高模量碳基绝缘复合材料的第六种可能的实现方式中，所述面-线-孔复合结构通过刮涂成膜、挤压成膜、旋转离心成膜、或者喷涂成膜的方式形成。
10、根据第一方面，在所述轻质高模量碳基绝缘复合材料的第七种可能的实现方式中，所述的二维碳纳米片选自氧化石墨、氧化石墨烯、羟基化石墨、羟基化石墨烯、羰基化石墨、碳基化石墨烯中的一种或多种。
11、根据第一方面，在所述轻质高模量碳基绝缘复合材料的第八种可能的实现方式中，所述一维纳米线之间可以通过化学键合连接或物理缠结锁合方式相互连接，其中一维纳米线可以是纤维素纳米晶、石墨烯纤维、氧化石墨烯纤维、还原氧化石墨烯纤维、碳纳米管、碳纤维或碳纳米棒的至少一种或它们的衍生物。
12、根据第一方面，在所述轻质高模量碳基绝缘复合材料的第九种可能的实现方式中，所述交联剂为无机盐类、有机小分子交联增强剂、或聚合物交联剂。
13、根据第一方面，在所述轻质高模量碳基绝缘复合材料的第十种可能的实现方式中，所述疏水有机物为聚合物薄膜或疏水偶联剂分子结构。
14、第二方面，本申请提供了一种声学电子设备，其特征在于，所述声学电子设备包括球顶振膜，所述球顶振膜包括第一方面或以上第一方面的任意一种实现方式的轻质高模量碳基绝缘复合材料。
15、上述第一方面及任意一种实现方式所提供的轻质高模量碳基绝缘复合材料能够体现出低密度、高模量、高绝缘度和可加工性能，上述第二方面所提供的该种声学电子设备具有更良好的声学性能。
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1.一种轻质高模量碳基绝缘复合材料，其特征在于，该绝缘复合材料是由二维碳纳米片、一维纳米线、交联剂和疏水有机物所构成二维平面膜材、片材或具有三维造型的器件结构，其中二维碳纳米片、一维纳米线、交联剂和疏水有机物的质量比例范围为：1:0.01-0.2:0.001-0.01:0.0001-0.01。
2.根据权利要求1所述的轻质高模量碳基复合材料，其特征在于，复合膜片厚度为20-150μm，膜片杨氏模量为30-100GPa，杨氏模量与表观密度比值≥20Gpa/(kg/m^3),拉伸断裂伸长率≥1％，面电阻值≥10MΩ。
3.根据权利要求1所述的轻质高模量碳基复合材料，其特征在于，所述二维碳纳米片、所述一维纳米线和所述交联剂的微观结构呈现为面-线-孔复合结构。
4.根据权利要求3所述的轻质高模量碳基复合材料，其特征在于，在所述面-线-孔复合结构中，所述二维纳米片为结构骨架，通过水平取向和部分交叠方式形成层状多孔结构网络。
5.根据权利要求3所述的轻质高模量碳基复合材料，其特征在于，在所述面-线-孔复合结构中，所述一维纳米线为第二相结构增强单
6.根据权利要求3所述的轻质高模量碳基复合材料，其特征在于，在所述面-线-孔复合结构中，所述交联剂作为界面增强剂，在二维材料片层、一维纳米线界面处形成相互交联且可逆的化学键。
7.根据权利要求3所述的轻质高模量碳基复合材料，其特征在于，所述面-线-孔复合结构通过刮涂成膜、挤压成膜、旋转离心成膜、或者喷涂成膜的方式形成。
8.根据权利要求1所述的轻质高模量碳基复合材料，其特征在于，所述的二维碳纳米片选自氧化石墨、氧化石墨烯、羟基化石墨、羟基化石墨烯、羰基化石墨、碳基化石墨烯中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的轻质高模量碳基复合材料，其特征在于，所述一维纳米线之间可以通过化学键合连接或物理缠结锁合方式相互连接，其中一维纳米线可以是纤维素纳米晶、石墨烯纤维、氧化石墨烯纤维、还原氧化石墨烯纤维、碳纳米管、碳纤维或碳纳米棒的至少一种或它们的衍生物。
10.根据权利要求1所述的轻质高模量碳基复合材料，其特征在于，所述交联剂为无机盐类、有机小分子交联增强剂、或聚合物交联剂。
11.根据权利要求1所述的轻质高模量碳基复合材料，其特征在于，所述疏水有机物为聚合物薄膜或疏水偶联剂分子结构。
12.一种声学电子设备，其特征在于，所述声学电子设备包括球顶振膜，所述球顶振膜包括权利要求1-11任一项所述的轻质高模量碳基绝缘复合材料。
...【技术特征摘要】
1.一种轻质高模量碳基绝缘复合材料，其特征在于，该绝缘复合材料是由二维碳纳米片、一维纳米线、交联剂和疏水有机物所构成二维平面膜材、片材或具有三维造型的器件结构，其中二维碳纳米片、一维纳米线、交联剂和疏水有机物的质量比例范围为：1:0.01-0.2:0.001-0.01:0.0001-0.01。
2.根据权利要求1所述的轻质高模量碳基复合材料，其特征在于，复合膜片厚度为20-150μm，膜片杨氏模量为30-100gpa，杨氏模量与表观密度比值≥20gpa/(kg/m^3),拉伸断裂伸长率≥1％，面电阻值≥10mω。
3.根据权利要求1所述的轻质高模量碳基复合材料，其特征在于，所述二维碳纳米片、所述一维纳米线和所述交联剂的微观结构呈现为面-线-孔复合结构。
4.根据权利要求3所述的轻质高模量碳基复合材料，其特征在于，在所述面-线-孔复合结构中，所述二维纳米片为结构骨架，通过水平取向和部分交叠方式形成层状多孔结构网络。
5.根据权利要求3所述的轻质高模量碳基复合材料，其特征在于，在所述面-线-孔复合结构中，所述一维纳米线为第二相结构增强单元，所述一维纳米线在水平方向相互交织成平面网络结构，跨越多个二维纳米片层形成搭接结构，穿插于相邻二维纳米片之间的孔洞形成跨层结构。
6.根据权利要求3所述的轻质高模...
【专利技术属性】
技术研发人员：方浩明，何朋，徐焰，丁古巧，梁天祥，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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