CN101784002B - 热致发声装置的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种热致发声装置的制备方法，其包括以下步骤：提供一基底；丝网印刷一导电浆料于所述基底的表面，形成一图形化导电浆料层；将一用于热致发声的碳纳米管结构铺设在所述的图形化导电浆料层上。该制备方法使该热致发声装置易于实现工业化生产。

Description

热致发声装置的制备方法

技术领域

本发明涉及一种发声装置的制备方法，尤其涉及一种基于碳纳米管的热致发声装置的制备方法。

背景技术

发声装置一般由信号输入装置和发声元件组成。通过信号输入装置输入信号给发声元件，进而发出声音。现有的发声元件种类很多，如电动式、电磁式、静电式及压电式，它们大都采用振膜振动发出声音，结构较为复杂。

范守善等人于2008年10月29日公开了一种应用热声效应原理发声的热致发声装置，请参见文献“Flexible，Stretchable，Transparent Carbon NanotubeThin Film Loudspeakers”，Fan et al.，Nano Letters，Vol.8(12)，4539-4545(2008)。该文献揭露的热致发声装置采用碳纳米管膜作为发声元件，利用输入电信号造成该碳纳米管膜温度变化，从而使其周围气体介质迅速膨胀和收缩，进而发出声波，故该碳纳米管膜组成的热致发声装置可在无磁的条件下工作，结构较为简单，有利于降低该热致发声装置的成本。且由于该碳纳米管膜具有极大的比表面积及极小的单位面积热容，因此该热致发声装置可发出人耳能够听到的强度的声音，且具有较宽的发声频率范围(100Hz～100kHz)。该热致发声装置的具体结构包括至少两个电极及设置在该至少两个电极之上的碳纳米管膜，该至少两个电极间隔设置且均与所述碳纳米管膜电连接，同时与信号输入装置的两端电连接。所述电极一般采用棒状金属电极，当碳纳米管膜的面积较大时，为降低碳纳米管膜的驱动电压，一般需设置多个电极，该多个电极的相对位置及电极之间的距离难以准确确定，不利于实现一次成型，从而不利于该热致发声装置的标准化及工业化生产，并且上述文献也未揭示所述热致发声装置的具体制备方法。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种有利于实现标准化及工业化的热致发声装置的制备方法。

一种热致发声装置的制备方法，其包括以下步骤：提供一基底；丝网印刷一导电浆料于所述基底的表面，形成一图形化导电浆料层；将一用于热致发声的碳纳米管结构铺设在所述的图形化导电浆料层上。

一种热致发声装置的制备方法，其包括以下步骤：丝网印刷一导电浆料于一基底的表面，形成一液态图形化导电浆料层；将一用于热致发声的碳纳米管结构铺设在所述的液态图形化导电浆料层上，使液态图形化导电浆料层中的导电浆料的一部分渗入碳纳米管结构内，另一部分间隔设置于碳纳米管结构与基底的表面之间，该导电浆料的另一部分共同使碳纳米管结构相对于基底基本悬空。

一种热致发声装置的制备方法，其包括以下步骤：丝网印刷一导电浆料于一基底的表面，形成一第一图形化导电浆料层；固化该第一图形化导电浆料层形成多个电极；将一用于热致发声的碳纳米管结构铺设在所述的多个电极上，该多个电极使碳纳米管结构相对于所述基底基本悬空，所述碳纳米管结构包括一第一表面和与该第一表面相背的一第二表面；在所述碳纳米管结构相背于所述基底的第二表面丝网印刷一导电浆料以形成一第二图形化导电浆料层，该第二图形化导电浆料层与所述第一图形化导电浆料层的位置相对应；固化该第二图形化导电浆料层以形成多个固定电极。

由于本发明提供的制备方法采用丝网印刷的方法制备所述热致发声装置中的多个电极，从而可使多个电极一次成型，且电极间距易于准确控制，从而使该热致发声装置易于实现工业化生产。

附图说明

图1为本发明第一实施例的热致发声装置的制备过程流程图。

图2为本发明第一实施例的热致发声装置的制备工艺流程图。

图3为本发明第二实施例的热致发声装置的制备过程流程图。

图4为本发明第二实施例的热致发声装置的制备工艺流程图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例提供的热致发声装置的制备方法。

请参阅图1及图2，本发明第一实施例提供一种热致发声装置10的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一：提供一基底12。

所述基底12的形状不限，且该基底12具有一平整的表面。所述基底12为绝缘材料或导电性较差的材料，可为玻璃、塑料或陶瓷等，本实施例为一正方形的玻璃板，其边长为17厘米，厚度为2毫米。

步骤二：丝网印刷一导电浆料于所述基底12的表面，形成一图形化导电浆料层14。

首先，提供一图形化网版，并将该图形化网版覆盖所述基底12。所述图形化网版包括多个镂空部分，该多个镂空部分的位置与在基底12表面需要形成电极18的位置对应。具体地，该多个镂空部分相互平行且等间距间隔设置，该多个镂空部分的数量至少为两个，该多个镂空部分的形状根据所要形成电极18的形状而设计。本实施例中，该图形化网版包括8个矩形的镂空部分，每个镂空部分的长度为16厘米，宽度为150微米，且相邻两个镂空部分之间的距离为2厘米。

其次，利用一定的压力将一导电浆料通过所述图形化网版的镂空部分印刷到所述基底12的表面。具体的印刷过程为，提供一刮板，所述的刮板包括一刮压面；向所述的图形化网版上供给一导电浆料；通过所述刮板的刮压面给所述网版上的导电浆料部分施加一定的压力，并同时使刮板移动，从而使所述导电浆料在所述刮板移动过程中由于刮板的压力而通过所述网版的镂空部分渗透到所述基底12的表面。

上述导电浆料可为金属导电浆料，该金属导电浆料的主要成份包括金属颗粒、粘结剂和溶剂等，所述的金属颗粒可为金颗粒、银颗粒或铝颗粒等。本实施例优选为银导电浆料，即该导电浆料中的金属颗粒为银颗粒。

最后，使所述的图形化网版脱离所述的基底12，从而在该基底12的表面的指定位置形成多个与所述图形化网版的镂空部分形状一致的图形化导电浆料层14。通过本方法制备的图形化导电浆料层14为8个大致平行的细长形部分，其高度可达5微米～100微米，本实施例优选为5微米～20微米。

步骤三：提供一碳纳米管结构16，在所述的图形化导电浆料层14未发生固化时铺设该碳纳米管结构16。

所述碳纳米管结构16包括一第一表面(图未示)和与该第一表面相背的一第二表面(图未示)，且该碳纳米管结构16包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管可为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或其任意组合，单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。该碳纳米管结构16具有较大的比表面积，故该碳纳米管结构16具有较小的单位面积热容和较大的散热表面，所述碳纳米管结构16的单位面积热容小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文，优选地，所述碳纳米管结构16的单位面积热容小于1.7×10^-6焦耳每平方厘米开尔文。所述碳纳米管结构16具有一自支撑结构，所述的自支撑结构是指该碳纳米管结构16无需通过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状。所述碳纳米管结构16的厚度不限，若该碳纳米管结构16的厚度较小，则其透光度较好，若该碳纳米管结构16的厚度较大，则其机械强度较高，本实施例优选为0.5纳米～100微米。

本实施例中，所述的碳纳米管结构16包括至少一碳纳米管膜，所述碳纳米管膜通过采用一拉伸工具自一碳纳米管阵列直接拉取而获得。每一碳纳米管膜包括多个择优取向排列的碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿同一方向择优取向排列。所述碳纳米管膜的厚度为0.5纳米～100微米。可以理解，若所述的碳纳米管膜宽度较小时，可将多个碳纳米管膜共面且无间隙铺设，若所述的碳纳米管膜宽度较大时，可将多个碳纳米管膜层叠铺设，从而可以制备不同厚度的碳纳米管结构16。在由多个碳纳米管膜层叠铺设组成的碳纳米管结构16中，相邻两个碳纳米管膜中的碳纳米管的排列方向有一夹角α，且0°≤α≤90°。另外，若该碳纳米管结构16为单层碳纳米管膜，该碳纳米管结构16的透明度较高，其光透过率为67％～95％，若该碳纳米管结构16为多层碳纳米管膜，该碳纳米管结构16的机械强度较高。优选地，本实施例的碳纳米管结构16采用两层碳纳米管膜，该两层碳纳米管拉膜结构中的碳纳米管之间的夹角为90°，该碳纳米管结构16在保证发声强度的同时也具备一定的机械性能，可延长该热致发声装置10的使用寿命。

该步骤在上述步骤二形成的图形化导电浆料层14未发生固化时铺设所述的碳纳米管结构16，使该碳纳米管结构16的第一表面面向所述的基底12。若在该图形化导电浆料层14未发生固化时铺设所述的碳纳米管结构16，由于所述的图形化导电浆料层14的导电浆料为一具有一定粘度的液态浆料，且所述碳纳米管结构16包括的多个碳纳米管之间存在一定的间隙，因此所述图形化导电浆料层14中的导电浆料会部分渗入所述的碳纳米管结构16中。另外，由于导电浆料具有一定的粘度，且密度也较大，因此图形化导电浆料层14中的另一部分导电浆料会间隔设置于碳纳米管结构16和基底12之间，使碳纳米管结构16会悬于所述的图形化导电浆料层14中，使该碳纳米管结构16相对于基底12基本悬空。所述基本悬空是指碳纳米管结构16相对于基底12完全悬空或者绝大部分(例如90％以上)悬空。该基本悬空是由于碳纳米管结构16为一柔性材料，其中未与图形化导电浆料层14接触的部分会由于没有支撑物支撑而在重力的作用下部分可能与基底12接触。该完全悬空的情形下，优选使碳纳米管结构16与基底12表面大致平行或完全平行，从而使得碳纳米管结构16中的碳纳米管与基底12表面保持大致平行或完全平行。

此外，为保证所述的图形化导电浆料层14中的导电浆料可由碳纳米管结构16的第一表面渗透并暴露于第二表面，可进一步包括给所述已铺设好的碳纳米管结构16施加一压力的过程。本实施例具体为，提供一吹风装置，利用该吹风装置产生的风压于碳纳米管结构16的第二表面，使图形化导电浆料层14中的导电浆料可渗透并暴露于碳纳米管结构16的第二表面，该施加压力的过程也可防止碳纳米管结构16发生破坏。

步骤四：固化该图形化导电浆料层14并形成多个电极18。

本实施例具体为，提供一加热装置并通过该加热装置加热所述图形化导电浆料层14，使该图形化导电浆料层14固化并形成多个电极18，从而进一步使所述的碳纳米管结构16固定于所述的多个电极18中。该方法可以保证所述碳纳米管结构16与所述的多个电极18具有良好的电连接性，同时所形成的多个电极18也可对所述碳纳米管结构16进一步起支撑作用。

由于碳纳米管结构16是通过多个电极18固定于所述基底12的表面上，使得碳纳米管结构16与基底12间隔一定的距离，因此在碳纳米管结构16发声的过程中可保证该碳纳米管结构16与周围空气具有更大的接触面积，同时也可保证该碳纳米管结构16与周围空气进行充分的热交换，从而进一步改善所述热致发声装置10的发声效果。

请参阅图3及图4，本发明第二实施例提供一种热致发声装置20的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一：提供一基底22。

该步骤与第一实施例的步骤一相同。

步骤二：丝网印刷一导电浆料于所述基底22的表面，形成一第一图形化导电浆料层(图未示)，固化该第一图形化导电浆料层并形成多个电极24。

该步骤与第一实施例的步骤二基本相同，其区别在于，本实施例在基底22表面丝网印刷形成第一图形化导电浆料层后直接固化该第一图形化导电浆料层并形成多个电极24。

步骤三：提供一碳纳米管结构26，该碳纳米管结构26包括一第一表面(图未示)和与该第一表面相背的第二表面(图未示)，在所述的多个电极24上铺设该碳纳米管结构26，使该碳纳米管结构26的第一表面面向所述的基底22，并在该碳纳米管结构26的第二表面丝网印刷与上述多个电极24相对应的第二图形化导电浆料层(图未示)。

该步骤的丝网印刷过程为在上述铺设的碳纳米管结构26的第二表面丝网印刷一导电浆料以形成第二图形化导电浆料层。该丝网印刷过程所采用的导电浆料为金属导电浆料，如金浆、银浆或铝浆等，该导电浆料与上述形成多个电极24的导电浆料可以相同，也可以不同，本实施例为银导电浆料。本实施例的丝网印刷过程直接在碳纳米管结构26上进行，因此印刷在碳纳米管结构26上的液态导电浆料在重力和网版压力的作用下可渗入碳纳米管结构26中碳纳米管之间存在的间隙中，从而使所述的第二图形化导电浆料层中的导电浆料可由碳纳米管结构的第二表面渗透并暴露于第一表面。且所述的多个电极24可确保所述的碳纳米管结构26相对于基底22基本悬空。

步骤四：固化所述第二图形化导电浆料层并形成多个固定电极28，使所述碳纳米管结构26固定于所述的多个固定电极28中。

该固化过程与实施例一形成多个电极的固化过程相同，即提供一加热装置，并用该加热装置烘干所述的第二图形化导电浆料层，使该第二图形化导电浆料层发生固化并形成多个固定电极28，从而使得碳纳米管结构26固定于该多个固定电极28中，所述多个固定电极28与所述的多个电极24一一相对。

本发明提供的热致发声装置的制备方法具有以下优点：由于本发明提供的制备方法采用丝网印刷的方法，从而可使多个电极一次成型，且易于实现工业化生产；由于本发明的制备方法可使碳纳米管结构固定于所述的多个电极或者所述的多个固定电极中，从而可使碳纳米管结构与所述的多个电极或者多个固定电极保持良好的电连接；由于碳纳米管结构是通过多个电极固定于所述基底的表面上，使得碳纳米管结构与基底间隔一定的距离，因此在该热致发声装置发声的过程中可保证该碳纳米管结构与周围空气具有更大的接触面积，同时也可保证该碳纳米管结构与周围空气进行充分的热交换，从而进一步改善所述热致发声装置的发声效果。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (17)

1.一种热致发声装置的制备方法，其包括以下步骤：

提供一基底；

丝网印刷一导电浆料于所述基底的表面，形成一图形化导电浆料层；

将一用于热致发声的碳纳米管结构铺设在所述的图形化导电浆料层上，该碳纳米管结构包括面向所述基底的一第一表面和与该第一表面相背的一第二表面，使所述图形化导电浆料层中的导电浆料从该碳纳米管结构的第一表面渗透并暴露于该碳纳米管结构的第二表面。

2.如权利要求1所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，进一步包括固化所述的图形化导电浆料层形成多个电极。

3.如权利要求2所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，所述铺设一碳纳米管结构的步骤在固化所述的图形化导电浆料层的步骤之前进行，以使所述导电浆料部分渗入该碳纳米管结构内。

4.如权利要求3所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，在铺设该碳纳米管结构在所述的图形化导电浆料层上时,向该碳纳米管结构施加一压力使该图形化导电浆料层中的导电浆料由碳纳米管结构面向所述基底的第一表面渗透并暴露于该碳纳米管结构的第二表面。

5.如权利要求4所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，所述施加一压力的方法为利用一吹风装置施加一风压于碳纳米管结构的第二表面，使图形化导电浆料层中的导电浆料由碳纳米管结构的第一表面渗透并暴露于所述的第二表面。

6.如权利要求1所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜。

7.如权利要求6所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿一个方向择优取向排列。

8.如权利要求6所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管膜，该多个碳纳米管膜共面且无间隙铺设或层叠铺设。

9.一种热致发声装置的制备方法，其包括以下步骤：

丝网印刷一导电浆料于一基底的表面，形成一液态图形化导电浆料层；将一用于热致发声的碳纳米管结构铺设在所述的液态图形化导电浆料层上，所述碳纳米管结构包括面向所述基底的一第一表面和与该第一表面相背的一第二表面；

使液态图形化导电浆料层中的导电浆料的一部分渗入碳纳米管结构内并暴露于碳纳米管结构的第二表面，另一部分间隔设置于碳纳米管结构与基底的表面之间，该导电浆料的另一部分共同使碳纳米管结构相对于基底基本悬空。

10.如权利要求9所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，所述液态图形化导电浆料层包括多个大致平行且用于形成多个电极的细长形部分。

11.如权利要求10所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管结构包括至少一个碳纳米管膜，在铺设该碳纳米管结构于所述的液态图形化导电浆料层上时，使所述碳纳米管膜与所述形成有液态图形化导电浆料层的基底表面大致平行。

12.如权利要求11所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个首尾相连且沿同一方向择优取向排列的碳纳米管，该碳纳米管与形成有液态图形化导电浆料层的基底表面大致平行。

13.如权利要求9所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，在铺设所述碳纳米管结构于所述的液态图形化导电浆料层上时,向该碳纳米管结构施加一压力，使液态图形化导电浆料层中的导电浆料由碳纳米管结构的面向所述基底的第一表面渗透并暴露于该碳纳米管结构的第二表面。

14.一种热致发声装置的制备方法，其包括以下步骤：

丝网印刷一导电浆料于一基底的表面，形成一第一图形化导电浆料层；

固化该第一图形化导电浆料层形成多个电极；

将一用于热致发声的碳纳米管结构铺设在所述的多个电极上，该多个电极使碳纳米管结构相对于所述基底基本悬空，所述碳纳米管结构包括一第一表面

和与该第一表面相背的一第二表面；

在所述碳纳米管结构相背于所述基底的第二表面丝网印刷一导电浆料以形成一第二图形化导电浆料层，该第二图形化导电浆料层与所述第一图形化导电浆料层的位置相对应，使该第二图形化导电浆料层中的导电浆料由该碳纳米管结构的第二表面渗透并暴露于该碳纳米管结构的第一表面；及固化该第二图形化导电浆料层以形成多个固定电极。

15.如权利要求14所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，在固化该第二图形化导电浆料层之前，使该第二图形化导电浆料层中的导电浆料渗入该碳纳米管结构之内。

16.如权利要求14所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管结构包括至少一个碳纳米管膜，在铺设所述碳纳米管结构在所述的多个电极上时，使所述碳纳米管膜与所述形成有多个电极的基底表面大致平行。

17.如权利要求16所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个首尾相连且沿同一方向择优取向排列的碳纳米管，该碳纳米管与形成有多个电极的基底表面大致平行。

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