CN101820572A

CN101820572A - 热致发声装置

Info

Publication number: CN101820572A
Application number: CN200910105811A
Authority: CN
Inventors: 冯辰; 姜开利; 范守善
Original assignee: Tsinghua University; Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Tsinghua University; Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: JP2010206791A; CN101820572B; JP5313944B2

Abstract

本发明涉及一种热致发声装置，其包括：一热致发声元件；以及一信号输入装置，该信号输入装置用于将音频电信号输入至该热致发声元件中，其中：该热致发声元件包括一支撑结构及形成于该支撑结构表面的至少一层导电材料，该支撑结构包括多个纳米级材料。

Description

热致发声装置

技术领域

本发明涉及一种发声装置，尤其涉及一种热致发声装置。

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，发声元件将电信号转换成声音信号，进而发出声音。具体地，发声元件可将一定范围内的音频电功率信号通过换能方式转变为失真小并具有足够声压级的可听声音。现有的发声元件的种类很多，根据其工作原理，分为：电动式扬声器、静电式扬声器及压电式扬声器。虽然它们的工作方式不同，但一般均为通过产生机械振动推动周围的空气，使空气介质产生波动从而实现“电-力-声”之转换。然而，现有的扬声器必须在有磁的条件下工作，且其结构均较为复杂，难于轻薄化且小型化。为解决现有的发声元件结构复杂、体积较大的问题，人们不断研发新型的发声元件。

早在二十世纪初，即有人提出了一种基于热致发声原理的热致发声元件的构想，请参见文献“The thermophone as a precision source of sound”，H.D.Arnold，I.B.Crandall，Phys.Rev.10，22-38(1917)，其利用一极薄的铂片作为热致发声元件，将一交流音频电信号输入该热致发声元件中。由于该铂片具有较小的单位面积热容，该铂片可将其内部产生的热量迅速传导给周围介质。因此，在音频电信号的作用下，该铂片可迅速升降温，并和周围介质迅速发生热交换，周围介质的密度亦随之发生变化，进而通过介质分子运动发出声波，即该热致发声元件的发声原理为“电-热-声”的转换。然而，受材料本身的限制，铂片的厚度最小只能达到0.7微米，而0.7微米厚的铂片的单位面积热容为2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文。因此，所述热致发声元件的发声频率最高仅可为4千赫兹，所述热致发声元件的发声频率范围较窄，发声强度低，几乎无法发出人耳能够直接听到的声音。

自九十年代初以来，以碳纳米管为代表的纳米材料以其独特的结构和性质引起了人们极大的关注，请参见文献“Helical microtubules of graphitic carbon”，Sumio Iijima，Nature，vol 354，p56(1991)。2008年10月29日，范守善等人公开了一种结构简单、体积小且可在无磁场条件下工作的热致发声元件，请参见文献“Flexible，Stretchable，Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers”，Fan et al.，Nano Letters，Vol.8(12)，4539-4545(2008)。该热致发声元件为一碳纳米管膜，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，该热致发声元件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，有望代替现有的电动式热致发声元件实际应用。

然而，该热致发声元件揭示为由碳纳米管膜构成，该碳纳米管膜中的碳纳米管首尾相连，从而使该碳纳米管膜的电阻相对较大，因此该热致发声元件需要在较大的驱动电压较下才能发出人耳可听到的强度的声音。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种驱动电压较小的热致发声装置。

一种热致发声装置，其包括：一热致发声元件；以及一信号输入装置，该信号输入装置用于将音频电信号输入至该热致发声元件中，其中：该热致发声元件包括一支撑结构及形成于该支撑结构表面的至少一层导电材料，该支撑结构包括多个纳米级材料。

一种热致发声装置，其包括：一热致发声元件；以及两个电极间隔设置并与该热致发声元件电连接，其中：该热致发声元件包括一支撑结构及覆盖于该支撑结构表面的至少一层导电材料，该支撑结构包括多个纳米级材料。

一种热致发声装置，其包括：一热致发声元件；以及一信号输入装置，该信号输入装置用于将音频电信号传输至该热致发声元件中，其中：该热致发声元件包括一碳纳米管结构及至少一层导电材料，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，该至少一层导电材料包覆于每一碳纳米管的表面。

一种热致发声装置，其包括：一热致发声元件；以及至少两个电极间隔设置并与该热致发声元件电连接，其中：该热致发声元件包括一碳纳米管结构及至少一层导电材料，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，该至少一层导电材料覆盖于碳纳米管的表面。

一种热致发声装置，其包括：一热致发声元件；以及一信号输入装置，该信号输入装置用于将音频电信号输入至该热致发声元件中，其中：该热致发声元件包括一支撑结构，及形成于该支撑结构表面的至少一层导电材料，该支撑结构由多个一维纳米级材料构成，该导电材料层的厚度为1～100纳米。

与现有技术相比较，所述热致发声装置将由纳米级材料形成的支撑结构及包覆于支撑结构表面的至少一层导电材料作为热致发声元件，由于导电材料可减小热致发声元件的电阻，从而使该热致发声装置的驱动电压较小。

附图说明

图1是本发明第一实施例热致发声装置的结构示意图。

图2是图1的热致发声装置中热致发声元件的结构示意图。

图3是本发明第一实施例包覆至少一层导电材料的碳纳米管的结构示意图。

图4是本发明第一实施例碳纳米管复合结构的扫描电镜照片。

图5是本发明第一实施例碳纳米管复合结构的透射电镜照片。

图6是本发明第一实施例热致发声装置的频率响应特性曲线。

图7是本发明第二实施例热致发声装置的结构示意图。

图8是本发明第三实施例热致发声装置的结构示意图。

图9是本发明第四实施例热致发声装置的结构示意图。

图10是本发明第五实施例热致发声装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例热致发声装置。

请参阅图1并结合图2，本发明第一实施例提供一种热致发声装置10，该热致发声装置10包括一信号输入装置12，一热致发声元件14，一第一电极142以及一第二电极144。所述第一电极142和第二电极144间隔设置，且与所述热致发声元件14电连接。所述第一电极142和第二电极144通过导线149与所述信号输入装置12的两个输出电极电连接，用于将所述信号输入装置12发出的音频电信号输入到所述热致发声元件14中。

该热致发声元件14包括一支撑结构146和覆盖于该支撑结构146表面的至少一层导电材料。具体地，该支撑结构146为一网状结构，该网状结构由多个纳米级材料148相互搭接组成。该纳米级材料148包括纳米线、纳米管及纳米颗粒中的一种或多种。优选地，该纳米级材料148为一维纳米材料。该纳米级材料148可以为导电材料或绝缘材料，如碳材料、氮化硼或硅等。具体地，该纳米级材料148包括碳纳米管、碳纤维、氮化硼纳米线及硅纳米线中的一种或多种。该多个纳米级材料相互搭接或接触，形成一网络结构，从而使该支撑结构146具有较大的比表面积。优选地，该支撑结构146具有较小的厚度。该支撑结构146中，每一纳米级材料148表面均包覆一层或多层导电材料。该导电材料可以为金属、合金或其它具有较高电导率的材料。形成于该支撑结构146表面的导电材料层大致为一网络结构并与该信号输入装置12电连接。

由于该支撑结构146具有较大的比表面积，且每一纳米级材料148表面均包覆至少一层导电材料，因此，该导电材料形成的包覆在纳米级材料148表面的导电材料层也具有较大的比表面积，从而有利于该热致发声元件14与外界气体或液体介质的热交换。另外，该至少一层导电材料形成的导电材料层具有较小的厚度，从而使该热致发声元件14具有较小的单位面积热容。

该支撑结构146可以为一维纳米材料。本实施例中，该支撑结构146为一碳纳米管结构，该碳纳米管结构为多个碳纳米管相互搭接或接触形成的一网状结构。但应当指出的是，其它一维纳米材料也可以适用本发明构思，用来作为纳米级厚度的金属层的支撑结构，这些实施方式也应在本发明的权利要求范围之内。本实施例中，该碳纳米管结构中碳纳米管之间通过范德华力相互吸引，且为一自支撑结构。所谓“自支撑结构”即该碳纳米管结构无需通过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状，悬空设置且两面均能与空气接触。由于该自支撑结构的碳纳米管结构包括多个碳纳米管，且该多个碳纳米管通过范德华力相互吸引，从而使碳纳米管结构具有特定的形状，形成一自支撑结构。在该碳纳米管结构中，碳纳米管为无序或有序排列。这里的无序指碳纳米管的排列方向无规则；有序指至少多数碳纳米管的排列方向具有一定规律，如基本沿一个固定方向择优取向或基本沿几个固定方向择优取向。该碳纳米管结构中的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。

具体地，该碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜、至少一碳纳米管线状结构或所述碳纳米管膜和线状结构组成的复合结构。当该碳纳米管膜包括无序排列的碳纳米管时，碳纳米管相互缠绕或者各向同性排列；当该碳纳米管膜包括有序排列的碳纳米管时，碳纳米管沿一个方向或者多个方向择优取向排列。

可以理解，当所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管膜时，该多个碳纳米管膜可以重叠设置或并排设置；当所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管线状结构时，该多个碳纳米管线状结构可以并排设置或相互缠绕、编织成一层状的碳纳米管结构。所述碳纳米管线状结构包括至少一碳纳米管线。当该碳纳米管线状结构包括多个碳纳米管线时，该多个碳纳米管线相互平行排列组成的束状结构或多个碳纳米管线相互扭转排列组成的绞线结构。

本实施例中，该碳纳米管膜为从纯度极高的超顺排碳纳米管阵列中直接拉取获得，该碳纳米管膜包括多个具有大致相等的长度且沿同一方向择优取向排列的碳纳米管，所述碳纳米管通过范德华力首尾相连。该从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜为一自支撑碳纳米管膜，且具有极大的比表面积，优选地，该碳纳米管膜的比表面积为200平方米每克～2600平方米每克(采用BET法测得)。该直接拉取获得的碳纳米管膜的单位面积质量约为0.05克每平方米。

该支撑结构146中的纳米级材料表面覆盖至少一层导电材料。请参见图3，本实施例中，该发声元件14为一碳纳米管复合膜，该发声元件14将碳纳米管膜作为支撑结构146，并在该碳纳米管膜中每一碳纳米管111表面覆盖至少一层导电材料112。故本实施例中，该纳米级材料148为碳纳米管111，该至少一层导电材料112可以包括铁、钴、镍、钯、钛、铜、银、金及铂中的一种或多种。该至少一层导电材料112的厚度可以为1纳米～100纳米，优选为小于20纳米。具体地，该至少一层导电材料112可以从内至外依次包括与碳纳米管润湿性良好的浸润层、与润湿层及导电层均能良好结合的过渡层、电导率较高的导电层以及抗氧化性能较高的抗氧化层。本实施例中，该至少一层导电材料112包括一作为润湿层的镍层及作为导电层的金层，包覆于碳纳米管111的表面。该镍层的厚度约为2纳米，该金层的厚度约为15纳米。

上述至少一层导电材料112可采用蒸镀法、溅射法、沉积法、电镀法或化学镀法形成于碳纳米管结构中的碳纳米管111表面。具体地，当该碳纳米管结构包括多层重叠设置的碳纳米管膜时，可先分别给每个碳纳米管膜的碳纳米管111表面蒸镀导电材料，形成多个碳纳米管复合膜，再将该多个碳纳米管复合膜相互重叠形成热致发声元件14；也可先将多个碳纳米管膜相互重叠，再在重叠的碳纳米管膜中每个碳纳米管111表面蒸镀至少一层导电材料112形成热致发声元件14。沉积至少一层导电材料112后的热致发声元件14的微观结构照片请参阅图4和图5。制备上述热致发声元件14采用的在碳纳米管膜上沉积导电材料层的具体方法请参见范守善等人于2008年2月1日申请的中国专利申请第200810066039.8号(名称：“碳纳米管复合膜”)。由于该至少一层导电材料112的厚度很小，使该热致发声元件14具有较小的单位面积热容，另外，由于该至少一层导电材料112直接包裹于每一碳纳米管111表面，从而使该热致发声元件14具有较大的比表面积。

可选择地，为增加所获得的热致发声元件14的光透过率，在碳纳米管膜的碳纳米管111表面形成导电材料112前，可进一步包括一对碳纳米管膜进行激光减薄的步骤。本实施例中，可采用波长为1064纳米的红外激光器，激光的最大输出功率为20毫瓦，扫描速度为10毫米每秒，同时，为避免聚焦的激光器能量过高而完全损坏碳纳米管膜，移除了激光器的聚焦单元。照射在碳纳米管膜上的激光为发散的圆形光斑，直径约为3毫米。表1为激光处理前和处理后蒸镀不同导电材料112后获得的热致发声元件14及纯碳纳米管膜的方块电阻和光透过率对比表。所述光透过率是指所述热致发声元件14对550纳米的光的透过率。

表1

通过上述表1可以发现，通过在碳纳米管膜的碳纳米管111表面沉积导电材料112使该热致发声元件14的电阻相比于纯碳纳米管膜的电阻得到改善，但是该热致发声元件14的光透过率随着导电材料112厚度的增加有所下降，当采用激光处理该碳纳米管膜后再沉积导电材料112形成热致发声元件14时，该热致发声元件14的光透过率得到提高。经大量实验测试，该热致发声元件14的电阻为50欧～2000欧，可见光透过率为70％-95％。

本实施例中，未沉积导电材料之前的碳纳米管膜的电阻大于1600欧，当沉积导电材料Ni/Au后形成的热致发声元件14的电阻可降至200欧左右，可见光透过率为90％。故所形成的热致发声元件14具有较低的电阻及较好的可见光透过率，可用作透明导电膜。

所述至少一层导电材料112包覆于该碳纳米管膜中每一碳纳米管111表面，使该热致发声元件14比纯碳纳米管膜具有较高的电导率及较小的方块电阻，从而使驱动该热致发声元件14发声所需的电压降低。

该碳纳米管结构具有较大的比表面积及较小的单位面积热容(该碳纳米管膜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，小于1×10^-4焦耳每平方厘米开尔文)。故当该热致发声元件14被施加一电压时，该热致发声元件14可以由于热容小而迅速地升温，由于比表面积大而迅速加热周围介质，当该电压为交变电压时，该热致发声元件14可对应交变电压的频率升降温，并与周围介质进行快速地热交换，从而使周围介质迅速膨胀和收缩，进而发出声音。该介质可以是气体或液体。本发明实施例中，驱动该热致发声元件14发声的最大功率密度为5×10⁴W/m²。

可以理解，由于碳纳米管111表面的至少一层导电材料112是通过沉积、蒸镀、溅射、电镀或化学镀等成膜方法形成在碳纳米管膜这种具有较大比表面积的特殊结构上，因此该碳纳米管111表面的至少一层导电材料112也具较大的比表面积，另外该至少一层导电材料112具较小的厚度，故，该至少一层导电材料112也有相同的电-热-声转换性质，因此，热致发声元件14工作时，碳纳米管膜与包覆于碳纳米管膜中每一碳纳米管111表面的至少一层导电材料112同时产生热声效应，加热周围介质发出声音。

可以理解，该支撑结构146除碳纳米管111外，还可以为其它导电或不导电的纳米级材料148组成，如多个碳纤维组成的碳纤维结构，多个碳纳米线组成的碳纳米线结构或多个氮化硼纳米管组成的纳米管结构。例如，该支撑结构146可以为通过溶液过滤法形成的自支撑氮化硼纳米管薄膜。该纳米级材料148应相互搭接形成网状结构，从而使形成于该纳米级材料148表面的至少一层导电材料112在该热致发声元件14中基本相互导通，形成一导电网络。

总之，该热致发声元件14应满足以下基本条件：该支撑结构146具有较大的比表面积(如大于100平方米每克)，从而使包覆于该支撑结构146的纳米级材料148表面的至少一层导电材料112具有较大的比表面积；该热致发声元件14整体具有较小的单位面积热容(如小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文)。

为使该发声元件14整体具有较小的单位面积热容，该支撑结构146优选为一热容较小、比表面积较大的自支撑结构。为使导电材料112具有较大的比表面积，该导电材料112的厚度应尽量小，且该支撑结构146的比表面积应尽量大。

所述第一电极142和第二电极144由导电材料形成，其具体形状结构不限。具体地，所述第一电极142和第二电极144可选择为层状、棒状、块状或其它形状。所述第一电极142和第二电极144的材料可选择为金属、导电聚合物、金属性碳纳米管、铟锡氧化物(ITO)等。所述第一电极142和第二电极144用于实现所述信号输入装置12与所述热致发声元件14之间的电连接。本发明实施例中，所述第一电极142和第二电极144为棒状金属电极。

由于所述第一电极142和第二电极144间隔设置，所述热致发声元件14应用于热致发声装置10时能接入一定的阻值避免短路现象产生。优选地，当所述热致发声元件14的支撑结构146为一碳纳米管结构时，所述碳纳米管结构中碳纳米管的排列方向沿第一电极142至第二电极144的方向延伸，第一电极142至第二电极144之间具有一基本相等的间距，从而使第一电极142至第二电极144之间的碳纳米管能够具有一基本相等的电阻值。本实施例中，所述碳纳米管膜中的碳纳米管沿基本垂直该棒状电极长度方向排列。

优选地，所述第一电极142和第二电极144的长度大于等于热致发声元件14的宽度，从而可以使整个热致发声元件14均得到利用。所述电极124使放大后的电压信号均匀地导入热致发声元件14中。

所述信号输入装置12输入音频电信号为模拟信号。可以理解，该音频电信号为一经过功率放大的信号。该所述信号输入装置12通过导线149与所述第一电极142和第二电极144电连接，并通过所述第一电极142和第二电极144将信号输入到所述热致发声元件14中。

可以理解，该第一电极142及第二电极144为可选择结构，该信号输入装置12可直接通过导线149将音频电信号输入至该热致发声元件14中。

上述热致发声装置10在使用时，由于热致发声元件14具有较小的单位面积热容(小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文，优选地，小于1×10^-4焦耳每平方厘米开尔文)和大的比表面积，在输入音频电信号后，根据信号强度(如电流强度)的变化，热致发声元件14迅速升降温、产生周期性的温度变化，并和周围介质进行快速热交换，由于热致发声元件14的加热，周围介质密度按照音频电信号的频率改变而改变，从而使周围介质迅速膨胀和收缩，发出人耳可感知的声音，故本发明实施例中，所述热致发声装置10中热致发声元件14的发声原理为“电-热-声”的转换，且所发出的声音的频率范围较宽、发声效果较好。如图6所示，本实施例采用一层碳纳米管表面包覆导电材料的碳纳米管膜作为热致发声元件14，用于热致发声装置10的发声强度可达105分贝声压级，发声频率范围为1赫兹至10万赫兹(即1Hz～100kHz)。当然，当该热致发声元件14包括多层层叠的碳纳米管膜时，该热致发声装置10的发声强度可以更高。所述热致发声元件14中，至少一层导电材料112包覆于纳米级材料148的表面，使该热致发声元件14比纯碳纳米管膜具有较高的电导率及较小的方块电阻，从而使驱动该热致发声元件14发声所需的电压降低。由于纳米级材料148表面的至少一层导电材料112具有较小的厚度和较大的比表面积，该至少一层导电材料112具有电-热-声转换性质，因此，该支撑结构146中的纳米级材料148可以为导电材料或绝缘材料。当该纳米级材料148为导电材料，如碳纳米管111时，该热致发声元件14工作时，该支撑结构146与包覆于该支撑结构146中每一碳纳米管111表面的至少一层导电材料112同时产生热声效应，加热周围介质发出声音。

请参阅图7，本发明第二实施例提供一种热致发声装置20，该热致发声装置20包括一信号输入装置22、一热致发声元件24、一第一电极242、一第二电极244、一第三电极246以及一第四电极248。

本发明第二实施例提供一种热致发声装置20，该热致发声装置20与第一实施例中的热致发声装置10的结构基本相同，区别在于，本发明第二实施例中的热致发声装置20包括四个电极，即第一电极242、第二电极244、第三电极246和第四电极248。所述第一电极242、第二电极244、第三电极246和第四电极248均为棒状金属电极，且空间平行间隔设置。所述热致发声元件24环绕所述第一电极242、第二电极244、第三电极246和第四电极248设置并与所述第一电极242、第二电极244、第三电极246和第四电极248分别电连接，形成一环形并悬空设置的热致发声元件24。任意两个相邻的电极均分别与所述信号输入装置22的两电极电连接，以使位于相邻电极之间的部分热致发声元件24接入输入信号。具体地，先将不相邻的两个电极用导线249连接后与所述信号输入装置22的一个电极电连接，剩下的两个电极用导线249连接后与所述信号输入装置22的另一个电极电连接。上述连接方式可实现相邻电极之间的部分热致发声元件24的并联。并联后的热致发声元件24具有较小的电阻，可降低热致发声元件24的工作电压。且，上述连接方式可使所述热致发声元件24具有较大的幅射面积，且发声强度得到增强，可实现环绕发声效果。另外，当所述热致发声元件24的面积较大时，所述四个电极也可进一步起到支撑所述热致发声元件24的作用。

可以理解，所述第一电极242、第二电极244、第三电极246和第四电极248也可与所述热致发声元件24设置在同一平面内。所述设置在同一平面内的各电极的连接方式与上述电极的连接方式相同或相似。

可以理解，本发明可设置多个电极，其数量不限，只需确保任意两个相邻的电极均分别与所述信号输入装置22的两个电极电连接即可。

请参阅图8，本发明第三实施例提供一种热致发声装置30，包括一信号输入装置32，一热致发声元件34，一第一电极342以及一第二电极344。所述第一电极342和第二电极344通过导线349与所述信号输入装置32的两个输出电极电连接。

本发明第三实施例中的热致发声装置30与第一实施例中的热致发声装置10的结构基本相同，区别在于，该热致发声装置30进一步包括一基体36，所述热致发声元件34设置于所述基体36表面，从而使该热致发声元件34在使用中不易损坏。

所述基体36主要起支撑作用，其形状不限，任何具有确定形状的物体，如一墙壁或桌面，均可作为本发明第三实施例中的基体36。具体地，该基体36可以为一平面结构或一曲面结构，并具有一表面。此时，该热致发声元件34直接设置并贴合于该基体36的表面上。由于该热致发声元件34整体通过基体36支撑，因此该热致发声元件34可以承受强度较高的信号输入，从而具有较高的发声强度。

该基体36的材料不限，可以为一硬性材料，如金刚石、玻璃或石英。另外，所述基体36还可为一柔性材料，如塑料或树脂。优选地，该基体36的材料应具有较好的绝热性能，从而防止该热致发声元件34产生的热量过度的被该基体36吸收，无法达到加热周围介质进而发声的目的。另外，该基体36应具有一较为粗糙的表面，从而可以使设置于上述基体36表面的热致发声元件34与空气或其他外界介质具有更大的接触面积，进而可在一定程度上改善所述热致发声装置30的发声效果。

请参阅图9，本发明第四实施例提供一种热致发声装置40，该热致发声装置40包括一信号输入装置42、一热致发声元件44、一基体46、一第一电极442、一第二电极444、一第三电极446以及一第四电极448。所述第一电极442、第二电极444、第三电极446以及第四电极448通过导线449与所述信号输入装置42的两个输出电极电连接。

本发明第四实施例中的热致发声装置40与第二实施例中的热致发声装置20及第三实施例中的热致发声装置30的结构基本相同，区别在于，本发明第四实施例中的热致发声元件44环绕所述基体46设置，形成一环形热致发声元件44。所述基体46的形状不限，可为任何立体结构。优选地，所述基体46为一立方体、一圆锥体或一圆柱体。本发明实施例中，所述基体46为一圆柱体。

与第二实施例相似，所述第一电极442、第二电极444、第三电极446和第四电极448间隔设置在所述热致发声元件44表面并与所述热致发声元件44电连接。上述连接方式可实现相邻电极之间的部分热致发声元件44的并联。并联后的热致发声元件44具有较小的电阻，可降低工作电压。且，上述环形热致发声元件44具有环绕发声效果。另外，所述热致发声元件44设置于所述基体46表面，从而使该热致发声元件44在使用中不易损坏。

请参阅图10，本发明第五实施例提供一种热致发声装置50，该热致发声装置50包括一信号输入装置52、一热致发声元件54、一基体56、一第一电极542、一第二电极544。所述第一电极542和第二电极544通过导线549与所述信号输入装置52的两个输出电极电连接。

本发明第五实施例中的热致发声装置50与第三实施例中的热致发声装置30的结构基本相同，区别在于，本发明第五实施例中的热致发声元件54部分设置在所述基体56表面，从而在所述热致发声元件54表面至基体56之间形成一拢音空间。所形成的拢音空间可为一封闭空间或一开放空间。所述基体56为一V型或U型结构或一具有狭窄开口的腔体。当所述基体56为一具有狭窄开口的腔体时，该热致发声元件54可平铺固定设置于该腔体的开口上，从而形成一亥姆霍兹共振腔。该基体56的材料为木质、塑料、金属或玻璃等。本发明实施例中，所述基体56为一V型结构。所述热致发声元件54设置在所述V型结构的两端，即从V型结构的一端延伸至另一端，使所述热致发声元件54部分悬空设置，从而在所述热致发声元件54表面至基体56之间形成一拢音空间。所述第一电极542和第二电极544间隔设置在所述热致发声元件54表面。所述第一电极542和第二电极544连接导线549后与所述信号输入装置52的两电极电连接。所述V型基体56可反射所述热致发声元件54位于所述基体56一侧的声波，增强所述热致发声装置50的发声效果。

本发明实施例提供的热致发声装置10，20，30，40，50具有以下优点：所述热致发声装置将由纳米级材料形成的支撑结构及形成于支撑结构表面的至少一层导电材料作为热致发声元件，由于导电材料可减小热致发声元件的电阻，从而使该热致发声装置的驱动电压较小。进一步地，由于该支撑结构由纳米级材料形成，具有较大的比表面积，故该至少一层导电材料形成于该支撑结构表面后也具有较大的比表面积，因此，该支撑结构可以为只起支撑作用的绝缘电材料，该至少一层导电材料可单独的通过热致发声原理发声。故该支撑结构具有更广的选择范围。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，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

1.一种热致发声装置，其包括：

一热致发声元件；以及

一信号输入装置，该信号输入装置用于将音频电信号输入至该热致发声元件中，

其特征在于：该热致发声元件包括一支撑结构及形成于该支撑结构表面的至少一层导电材料，该支撑结构包括多个纳米级材料。

2.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述热致发声元件用于将电信号转变为热能，并根据信号输入装置输入的音频电信号改变热致发声元件周围介质密度发出声波。

3.如权利要求2所述的热致发声装置，其特征在于，所述热致发声元件的发声频率为1赫兹～100千赫兹。

4.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述热致发声元件的单位面积热容小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文。

5.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述支撑结构的比表面积大于100平方米每克。

6.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述支撑结构包括纳米线、纳米管及纳米颗粒中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述支撑结构包括一碳纳米管结构。

8.如权利要求7所述的热致发声装置，其特征在于，所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜、至少一碳纳米管线状结构或其组合。

9.如权利要求8所述的热致发声装置，其特征在于，所述碳纳米管膜及碳纳米管线状结构包括多个沿同一方向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。

10.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，该热致发声装置包括至少两个电极，该至少两个电极间隔设置并与该热致发声元件电连接，该信号输入装置通过该至少两个电极将音频电信号输入至该热致发声元件中。

11.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述每一纳米级材料表面均形成至少一层导电材料。

12.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述导电材料包括镍、钯、钛、铜、银、金、铂或其任意组合的合金。

13.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述导电材料的厚度为1～100纳米。

14.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，该热致发声装置进一步包括一基体，所述热致发声元件直接贴合于该基体的表面或相对于该基体至少部分悬空设置。

15.如权利要求14所述的热致发声装置，其特征在于，所述基体为一V型、U型结构或至少具有一开口的腔体。

16.一种热致发声装置，其包括：

一热致发声元件；以及

两个电极间隔设置并与该热致发声元件电连接，

其特征在于：该热致发声元件包括一支撑结构及覆盖于该支撑结构表面的至少一层导电材料，该支撑结构包括多个纳米级材料。

17.如权利要求16所述的热致发声装置，其特征在于，所述支撑结构包括若干碳纳米管，该碳纳米管沿一个电极至另一个电极方向延伸。

18.如权利要求16所述的热致发声装置，其特征在于，所述支撑结构包括至少一层碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个沿同一方向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。

19.一种热致发声装置，其包括：

一热致发声元件；以及

一信号输入装置，该信号输入装置用于将音频电信号传输至该热致发声元件中，

其特征在于：该热致发声元件包括一碳纳米管结构及至少一层导电材料，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，该至少一层导电材料包覆于碳纳米管的表面。

20.一种热致发声装置，其包括：

一热致发声元件；以及

至少两个电极间隔设置并与该热致发声元件电连接，

其特征在于：该热致发声元件包括一碳纳米管结构及至少一层导电材料，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，该至少一层导电材料覆盖于碳纳米管的表面。

21.一种热致发声装置，其包括：

一热致发声元件；以及

其特征在于：该热致发声元件包括一支撑结构，及形成于该支撑结构表面的至少一层导电材料，该支撑结构由多个一维纳米级材料构成，该导电材料层的厚度为1～100纳米。

22.如权利要求21所述的热致发声装置，其特征在于，该支撑结构为该多个一维纳米级材料所形成的网络结构。

23.如权利要求21所述的热致发声装置，其特征在于，形成于该支撑结构表面的导电材料层大致为一网络结构并与该信号输入装置电连接。