CN105338460B - 热致发声装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热致发声装置，包括基底、第一电极、第二电极、至少两个相互间隔的支撑元件及第一碳纳米管膜，该第一电极与第二电极相互间隔的设置在该基底的表面，该至少两个相互间隔的支撑元件并分别设置在该第一电极与该第二电极的表面，该第一碳纳米管膜通过该至少两个支撑元件的支撑而部分悬空设置，该支撑元件将该第一碳纳米管膜分别与该第一电极及该第二电极电连接，该支撑元件包括多个并排设置的碳纳米管，该多个碳纳米管基本垂直于该基底的表面。本发明还涉及一种热致发声装置的制备方法。

Description

热致发声装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种热致发声装置及其制备方法。
背景技术
热致发声装置是一种基于热声效应的发声装置。范守善等人于文献“Flexible,Stretchable,Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers”，ShouShan Fan,et al.,Nano Letters,Vol.8(12),4539-4545(2008)中公开了一种基于碳纳米管的热致发声装置，采用碳纳米管膜作为热致发声元件，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(小于2×10-4焦耳每平方厘米开尔文)，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，该碳纳米管膜可迅速升降温，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，即该碳纳米管膜的发声原理为“电-热-声”的转换。该碳纳米管膜可发出人耳能够听到强度的声音，且具有较宽的发声频率范围(100Hz～100kHz)。
然而，热致发声装置优选是使该碳纳米管膜悬空设置，从而充分的与周围空气介质发生热交换，因此需要在该碳纳米管膜的局部位置设置支撑元件。这种支撑元件在小尺寸发声芯片领域可通过刻蚀硅基底等工艺实现，而硅刻蚀工艺较为复杂，成本较高。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种热致发声装置及其制备方法，能够简单的制备小尺寸发声装置。
一种热致发声装置，包括基底、第一电极、第二电极、至少两个相互间隔的支撑元件及第一碳纳米管膜，该第一电极与第二电极相互间隔的设置在该基底的表面，该至少两个相互间隔的支撑元件并分别设置在该第一电极与该第二电极的表面，该第一碳纳米管膜通过该至少两个支撑元件的支撑而部分悬空设置，该支撑元件将该第一碳纳米管膜分别与该第一电极及该第二电极电连接，该支撑元件包括多个并排设置的碳纳米管，该多个碳纳米管基本垂直于该基底的表面。
一种热致发声装置的制备方法，包括以下步骤：提供一热致发声装置的基底；在该热致发声装置的基底表面形成所述第一电极及第二电极；将碳纳米管阵列从生长基底转移至热致发声装置的基底，并覆盖该第一电极及第二电极，该碳纳米管阵列靠近该热致发声装置的基底的表面为第二表面，远离该热致发声装置的基底的表面为第一表面，该碳纳米管阵列的形态能够使得一第二碳纳米管膜可以从该碳纳米管阵列中连续地拉出，该第二碳纳米管膜包括多个首尾相连的碳纳米管；通过在碳纳米管阵列的该第一表面进行激光刻蚀，将该碳纳米管阵列划分为两部分，分别为保留区域和去除区域，该保留区域为覆盖该第一电极及第二电极的区域，该去除区域为第一电极及第二电极之外的区域；通过从该去除区域拉取第二碳纳米管膜的方式去除该去除区域中的碳纳米管，并保留该保留区域的碳纳米管，从而在该第一电极及第二电极上分别形成支撑元件；以及将第一碳纳米管膜铺设在该支撑元件表面，通过该支撑元件部分悬空设置。
相较于现有技术，本发明通过将原始的碳纳米管阵列从生长基底转移至发声装置的基底，并保持该碳纳米管阵列仍具有能够拉取碳纳米管膜的性能，通过拉取碳纳米管膜的方式去除碳纳米管阵列中的部分碳纳米管，从而形成支撑元件，该支撑元件可以做到极小的尺寸，因此可以代替刻蚀硅基底工艺，使该热致发声装置可以用于发声芯片中。
附图说明
图1为本发明实施例提供的热致发声装置的侧视示意图。
图2为本发明实施例从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
图3为本发明实施例从碳纳米管阵列中拉取获得碳纳米管膜的结构示意图。
图4为本发明施例提供的热致发声装置的制备方法的侧视示意图。
图5为本发明施例提供的热致发声装置的制备方法的俯视示意图。
图6为本发明一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
图7为本发明另一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
图8为本发明另一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
主要元件符号说明
碳纳米管阵列 10
保留区域 12
去除区域 14
第一表面 102
第二表面 104
刻蚀槽 106
生长基底 20
生长基底的表面 202
热致发声装置的基底 30
热致发声装置的基底的 302
表面
第一碳纳米管膜 40
第二碳纳米管膜 42
拉取工具 50
液态介质 60
固态介质 60’
低温箱 70
支撑元件 80
第一电极 90
第二电极 92
热致发声装置 100
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的热致发声装置及其制备方法作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种热致发声装置100，包括基底30、第一电极90、第二电极92、至少两个支撑元件80及第一碳纳米管膜40。该第一电极90与第二电极92均设置在该基底30的同一表面302，并相互间隔设置。该至少两个支撑元件80相互间隔，分别设置在该第一电极90与该第二电极92的表面。该第一碳纳米管膜40设置在该至少两个支撑元件80的表面，通过该至少两个支撑元件80的支撑而部分悬空设置。该支撑元件80为导电元件，将该第一碳纳米管膜40分别与该第一电极90及该第二电极92电连接。该支撑元件80包括多个并排设置的碳纳米管，该多个碳纳米管基本垂直于该基底30的表面302。
该基底30可以为硬质基底或柔性基底，材料不限，可以为金属、玻璃、石英、硅、二氧化硅、塑料或树脂，如聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯或聚二甲基硅氧烷(PDMS)。优选地，该基底30为绝缘基底。当该基底30由导电材料制成时，该基底30与该第一电极90及该第二电极92之间进一步设置有绝缘层，通过绝缘层与该第一电极90及该第二电极92绝缘设置。
该第一电极90及第二电极92由导电性较好的材料制成，可选择为金属、导电聚合物、导电胶、金属性碳纳米管或铟锡氧化物(ITO)等。该第一电极90及第二电极92分别与该第一碳纳米管膜40电连接，以使该第一碳纳米管膜40接入一音频电信号。该第一电极90及第二电极92的形状及结构不限。优选地，该第一电极90及第二电极92为条带形的电极层，相互间可基本平行设置。该第一电极90及第二电极92的长度优选为大于或等于该第一碳纳米管膜40的宽度，厚度优选为1微米～1毫米，宽度优选为5微米～1毫米。
可以理解，该热致发声装置100可以包括多个第一电极90及多个第二电极92，相互间隔设置。相邻的两个第一电极90之间设置有一个第二电极92，相邻的两个第二电极92之间设置有一个第一电极90。
该至少两个支撑元件80可具有与该第一电极90及该第二电极92基本对应的形状。优选地，该支撑元件80也可以为条形结构，相互之间可基本平行设置。该支撑元件80的长度优选为大于或等于该第一碳纳米管膜40的宽度，高度优选为10微米～5毫米。该支撑元件80通过图案化碳纳米管阵列形成，包括多个相互之间通过范德华力结合的碳纳米管。该支撑元件80的高度即为碳纳米管阵列的高度，即碳纳米管的长度。该支撑元件80的宽度最小可以为几微米，优选为5微米～1毫米。由于碳纳米管具有优异的导电性，且基本垂直于该第一电极90及第二电极92，因此该支撑元件80可以与该第一电极90及该第二电极92形成电连接。
该支撑元件80的数量与该第一电极90与第二电极92的数量之和相等，也就是每个第一电极90和第二电极92上均设置有一个支撑元件80。
该第一碳纳米管膜40包括首尾相连的碳纳米管，是由多个碳纳米管通过范德华力相互结合并首尾相连形成的宏观结构。该第一碳纳米管膜40为自支持结构，设置在该至少两个支撑元件80表面，通过该支撑元件80支撑。两个支撑元件80之间的第一碳纳米管膜40悬空设置。该第一碳纳米管膜40与该支撑元件80之间电连接，该支撑元件80中的碳纳米管与该第一碳纳米管膜40基本垂直，在该第一碳纳米管膜40与该第一电极90及第二电极92之间形成电导通。在工作时，从第一电极90输入的电信号通过一支撑元件80传导至该第一碳纳米管膜40，然后从另一支撑元件80传导至第二电极92。该第一碳纳米管膜40包括多个碳纳米管基本沿相同方向延伸并基本平行于该第一碳纳米管膜40的表面。该第一碳纳米管膜40的宽度方向与该多个碳纳米管的延伸方向垂直。
该第一碳纳米管膜40为热致发声元件，能够将通过第一电极90及第二电极92输入的电信号转换为热信号，通过加热周围空气介质发出声波。具体地，该第一碳纳米管膜40具有较小的单位面积热容(优选为小于2×10-4焦耳每平方厘米开尔文)，使该第一碳纳米管膜40可以将输入的电能迅速转换为热能，根据输入的电信号迅速升降温。并且，该第一碳纳米管膜40具有较大比表面积及较小的厚度，从而能够和周围气体介质迅速发生热交换，根据电信号的变化实时的加热周围气体介质，促使周围气体介质分子运动，气体介质密度随之发生变化，进而形成与加热频率对应的声波。
该第一碳纳米管膜40优选为从一碳纳米管阵列中连续地拉出而得，包括多个首尾相连的碳纳米管。请参阅图2及图3，在该第一碳纳米管膜40中碳纳米管为沿同一方向择优取向排列。所述择优取向是指在第一碳纳米管膜40中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于该第一碳纳米管膜40的表面。进一步地，所述第一碳纳米管膜40中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述第一碳纳米管膜40中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连，从而使该第一碳纳米管膜40能够实现自支撑。当然，所述第一碳纳米管膜40中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对第一碳纳米管膜40中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。进一步地，所述第一碳纳米管膜40可包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段。该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。另外，所述第一碳纳米管膜40中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除第一碳纳米管膜40的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触而部分分离的情况。实际上，该第一碳纳米管膜40具有较多间隙，即相邻的碳纳米管之间具有间隙，使该第一碳纳米管膜40可以具有较好的透明度。然而，相邻碳纳米管之间接触的部分以及首尾相连的碳纳米管之间连接的部分的范德华力已经足够维持该第一碳纳米管膜40整体的自支持性。该第一碳纳米管膜40的厚度约为0.5纳米至100微米，优选为0.5纳米至10微米。
所述自支撑是该第一碳纳米管膜40不需要大面积的载体支撑，而只要一边或相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状，即将该第一碳纳米管膜40置于(或固定于)间隔一定距离设置的两个支撑元件80上时，位于两个支撑元件80之间的第一碳纳米管膜40能够悬空保持自身膜状。所述自支撑主要通过第一碳纳米管膜40中存在连续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。
请参阅图4及图5，本发明提供一种热致发声装置100的制备方法，包括以下步骤：
S1，提供一热致发声装置100的基底30，具有表面302；
S2，在该表面302形成所述第一电极90及第二电极92；
S3，将碳纳米管阵列10从生长基底20转移至热致发声装置100的基底30，并覆盖该第一电极90及第二电极92，该碳纳米管阵列10靠近该基底30的表面为第二表面104，远离该基底30的表面为第一表面102，该碳纳米管阵列10的形态能够使得一第二碳纳米管膜42可以从该碳纳米管阵列10中连续地拉出，该第二碳纳米管膜42包括多个首尾相连的碳纳米管；
S4，通过在碳纳米管阵列10的该第一表面102进行激光刻蚀，将该碳纳米管阵列10划分为两部分，分别为保留区域12和去除区域14，该保留区域12为覆盖该第一电极90及第二电极92的区域，该去除区域14为第一电极90及第二电极92之外的区域；
S5，通过从该去除区域14拉取第二碳纳米管膜42的方式去除该去除区域14中的碳纳米管，并保留该保留区域12的碳纳米管，从而在该第一电极90及第二电极92上分别形成支撑元件80；以及
S6，将所述第一碳纳米管膜40铺设在该支撑元件80表面，通过该支撑元件80部分悬空设置。
在该步骤S2中，该第一电极90及第二电极92可以通过涂覆、印刷、沉积和刻蚀、电镀或化学镀等方式在该表面302形成。
请参阅图6，在该步骤S3中，该碳纳米管阵列10通过如下步骤转移至该基底30：
S31，提供一生长基底20，该生长基底20的表面202具有碳纳米管阵列10，该碳纳米管阵列10的形态能够使得一第二碳纳米管膜42可以从该碳纳米管阵列10中连续地拉出；及
S32，将该碳纳米管阵列10从该生长基底20转移至该基底30的表面302，并保持该碳纳米管阵列10的形态仍能够使该第二碳纳米管膜42从该碳纳米管阵列10中连续地拉出。
该第二碳纳米管膜42与所述第一碳纳米管膜40具有相同的结构，但可以是从不同的碳纳米管阵列中拉出，也就是说该第二碳纳米管膜42是从用于制造支撑元件80的碳纳米管阵列10中拉出，而该第一碳纳米管膜40可以是从另外的碳纳米管阵列中拉出。
该碳纳米管阵列10为通过化学气相沉积的方法生长在该生长基底20的表面202。该碳纳米管阵列10中的碳纳米管基本彼此平行且垂直于生长基底20表面202，相邻的碳纳米管之间相互接触并通过范德华力相结合。通过控制生长条件，该碳纳米管阵列10中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。由于基本不含杂质且碳纳米管相互间紧密接触，相邻的碳纳米管之间具有较大的范德华力，足以使在拉取一些碳纳米管(碳纳米管片段)时，能够使相邻的碳纳米管通过范德华力的作用被首尾相连，连续不断的拉出，由此形成连续的自支撑的宏观膜状结构，即第二碳纳米管膜42。这种能够使碳纳米管首尾相连的从其中拉出的碳纳米管阵列10也称为超顺排碳纳米管阵列。该生长基底20的材料可以为P型硅、N型硅或氧化硅等适合生长超顺排碳纳米管阵列的基底。所述能够从中拉取碳纳米管膜40,42的碳纳米管阵列的制备方法已为众多前案公开，例如可参阅冯辰等人在2008年8月13日公开的中国专利申请CN101239712A。
将该碳纳米管阵列10从该生长基底20转移至该基底30的表面302这一过程中，该碳纳米管阵列10的形态应基本得到保持，得以在转移至该基底30后，仍能够使该第二碳纳米管膜42从中连续地拉出为准，也就是仍保持为一超顺排碳纳米管阵列。该碳纳米管阵列10倒立设置于该基底30表面302。也就是该碳纳米管阵列10包括一第一表面102及与该第一表面102相对的第二表面104。碳纳米管从生长基底20的表面202长出，形成碳纳米管阵列10，碳纳米管靠近该生长基底20的一端为底端，远离生长基底20的一端为顶端。在该生长基底20上，该第一表面102由该碳纳米管阵列10中所有碳纳米管的底端共同形成，该第二表面104由该碳纳米管阵列10中所有碳纳米管的顶端共同形成，该碳纳米管阵列10的第一表面102靠近或设置在该生长基底20的表面202，为碳纳米管阵列10的生长底端，该第二表面104为远离该生长基底20的表面，为碳纳米管阵列10的生长顶端。当该碳纳米管阵列10转移至该基底30后，该碳纳米管阵列10的第二表面104靠近或设置在该基底30的表面302，该第一表面102为远离该基底30的表面302。
在一实施例中，所述步骤S12，将该碳纳米管阵列10从该生长基底20转移至该基底30的步骤可以包括以下步骤：
A121，将该基底30的表面302接触该碳纳米管阵列10远离该生长基底20的该第二表面104；以及
A122，通过移动该基底30与该生长基底20中的至少一方，使该基底30与该生长基底20相远离，从而使该碳纳米管阵列10与该生长基底20分离，并转移至该基底30。
所述步骤A121及A122可以在常温下进行。在该步骤A121及A122中，应保持该碳纳米管阵列10的形态仍能够使该第二碳纳米管膜42可以从该碳纳米管阵列10中连续地拉出。为了使碳纳米管阵列10在转移至该基底30后，仍然能够拉取第二碳纳米管膜42，该基底30的表面302与该碳纳米管阵列10的第二表面104之间可以仅通过范德华力结合，并且使该基底30与该碳纳米管阵列10之间的结合力(FBC)小于该碳纳米管阵列10中碳纳米管间的范德华力(FCC)。然而，该基底30的表面302与该碳纳米管阵列10之间的结合力(FBC)应大于该生长基底20的表面202与该碳纳米管阵列10之间的结合力(FAC)，才能使该碳纳米管阵列10可以从该生长基底20分离，转移至该基底30，即FAC<FBC<FCC。在该转移过程中，该基底30的表面302仅通过与碳纳米管阵列10的第二表面104之间仅通过接触产生的结合力，如范德华力，使碳纳米管阵列10与生长基底20分离。为了使FAC<FBC<FCC，该基底30的表面可以具有合适的表面能，并且该基底30的表面与该碳纳米管阵列10之间可以具有合适的界面能，从而可以使基底30能够仅通过接触即与该碳纳米管阵列10之间产生足够的结合力，如范德华力，使碳纳米管阵列10能够从生长基底20上拉离。因此，通过选择合适的材料制造该基底30，至少是作为该基底30的表面，可以使该基底30仅通过与碳纳米管阵列10的第二表面104之间的接触产生的结合力，如范德华力，使碳纳米管阵列10与生长基底20分离。该基底30的表面302可以为一平整表面。在一实施例中，该基底30的材料为PDMS。
在一实施例中，当基底30的材料能够提供的结合力(FBC)较小，可以在该基底30的表面302设置多个微结构，从而增大该表面302的表面积，从而在基底30材料不变的条件下提高该结合力(FBC)，使FAC<FBC<FCC。该微结构可以为在该基底30表面302的凸起或凹陷，微结构的数量使该基底30的表面302的表面积比平滑表面增加30％～120％。该基底30具有微结构的表面302充分的与该碳纳米管阵列10接触，通过该微结构的设置，可以使该表面304具有较大的吸附力，以提高FBC。因此，该基底30并不限于采用PDMS，也可以是其它常规的基底材料。该微结构可以通过光刻、激光刻蚀或化学刻蚀等方法获得。
可以理解，该基底30并非通过粘结剂粘附该碳纳米管阵列10，通过普通的粘结剂虽然能够使FAC<FBC，而使碳纳米管阵列10能够脱离该生长基底20，但由于碳纳米管阵列10中碳纳米管间的范德华力极小，因此几乎任何传统意义上的粘结剂均会造成FBC>FCC，使后续的拉取第二碳纳米管膜42的步骤无法进行。在该步骤A121～A122中，该基底30始终保持固态。
在该步骤A121中，为了使该基底30的表面302与该碳纳米管阵列10中的所有碳纳米管的顶端得到充分的接触，可以通过该基底30轻微的对该碳纳米管阵列10施加压力。然而该基底30并非是将该碳纳米管阵列10中的碳纳米管压倒，否则将改变碳纳米管阵列10的形态，使其无法再进行拉膜或拉线。
在一实施例中，可以在该基底30与该生长基底20之间设置一间隔装置22，通过该间隔装置保持该基底30的表面302与该生长基底20的表面202之间的间隔距离不致过小，避免使碳纳米管阵列10被压倒。
在该步骤A122中，在使该碳纳米管阵列10与该生长基底20分离的过程中，该碳纳米管阵列10中的所有碳纳米管优选为同时脱离该生长基底20，也就是该基底30与该生长基底20中的至少一方的移动方向为垂直于该生长基底20的碳纳米管生长表面，使该碳纳米管阵列10中的碳纳米管沿该碳纳米管的生长方向脱离该生长基底20。当该基底30与该生长基底20均发生移动时，两者的移动方向均垂直于该生长基底20的碳纳米管生长表面。
在该步骤A121～A122中，该碳纳米管阵列10先受到朝向该生长基底20方向的压力，再受到朝向该基底30的拉力。
请参阅图7，在另一实施例中，所述步骤S12，将该碳纳米管阵列10从该生长基底20转移至该基底30的步骤可以包括以下步骤：
B121，将该基底30设置在该碳纳米管阵列10的第二表面104，并使该基底30与该碳纳米管阵列10的第二表面104之间具有液态介质60；
B122，使位于该基底30与该碳纳米管阵列10的第二表面104之间的液态介质60固化变为固态介质60’；
B123，通过移动该基底30与该生长基底20中的至少一方，使该基底30与该生长基底20相远离，从而使该碳纳米管阵列10与该生长基底20分离，并转移至该基底30；以及
B124，通过升温去除位于该基底30与该碳纳米管阵列10之间的固态介质60’。
在该步骤B124中，去除固态介质60’后该碳纳米管阵列10维持该形态使该第二碳纳米管膜42仍能够从该碳纳米管阵列10中连续地拉出。
在该步骤B121中，该液态介质60可以以细微的液滴或液膜的形态设置在该碳纳米管阵列10的第二表面104上。该液态介质60可以为水或低分子量有机溶剂，如乙醇、丙酮或甲醇，该液态介质60的量应较小，避免渗入碳纳米管阵列10的内部对碳纳米管阵列的形态造成影响。优选地，该液态介质60选择为不与碳纳米管润湿的液体，如水。该碳纳米管阵列10的第二表面104的液态介质60的液滴的直径以及液膜的厚度可以分别为10纳米～300微米。该基底30与该碳纳米管阵列10的第二表面104分别与中间的液态介质60接触。可以理解，在该步骤B121中仍然保持该碳纳米管阵列10的形态为能够使第二碳纳米管膜42从中连续地拉出，该基底30尽量不对该碳纳米管阵列10施加压力，即使施加压力，该压力也应较小，控制在不时碳纳米管阵列10的形态发生改变而无法连续地拉出第二碳纳米管膜42为准，例如不使碳纳米管阵列10中的碳纳米管发生倾倒。
在一实施例中，该步骤B121可以包括以下步骤：在该碳纳米管阵列10的第二表面104形成一层液态介质60；以及将该基底30的表面接触该具有液态介质60的第二表面104。具体可以将液态介质60形成液滴或雾化，喷洒在该碳纳米管阵列10的该第二表面104，也就是在该生长基底20的碳纳米管阵列10的顶面。
在另一实施例中，该步骤B121可以包括以下步骤：在该基底30的表面形成一层液态介质60；以及将该基底30具有液态介质60的表面接触该碳纳米管阵列10的第二表面104。具体地，可以将液态介质60形成液滴或雾化，喷洒在该基底30的表面。
在该步骤B122中，位于该基底30与碳纳米管阵列10之间的液态介质60固化变成固态介质60’，具体可以使通过降温至该固态介质60的凝固点以下，由于该基底30与碳纳米管阵列10均与液态介质60接触，液态介质60固化后将该基底30与碳纳米管阵列10较为牢固的结合在一起。为使结合更为牢固，该基底30的材料优选为与该液态介质60润湿。
具体地，在一实施例中，可以将该基底30、液态介质60、碳纳米管阵列10及生长基底20的层叠结构放入低温箱70中降温至凝固点以下。该低温箱70可以为冰箱的冷冻室。
请参阅图8，在另一实施例中，当该步骤B121中将液态介质60设置在该碳纳米管阵列10的第二表面104时，在该步骤B122中可以先将基底30的温度降至凝固点以下，再将具有凝固点以下温度的基底30接触该碳纳米管阵列10具有液态介质60的第二表面104。例如可以先将该基底30在低温箱70中凝固点以下放置一段时间再取出。该基底30的温度可以直接使该第二表面104的液态介质60变为固态介质60’，而无需将该层叠结构再放入低温箱70。
在该步骤B123中，该碳纳米管阵列10通过与该基底30的结合与该生长基底20分离。优选地，该碳纳米管阵列10中的所有碳纳米管同时脱离该生长基底20，也就是该基底30与该生长基底20中的至少一方的移动方向为垂直于该生长基底20的碳纳米管生长表面，使该碳纳米管阵列10中的碳纳米管沿该碳纳米管的生长方向脱离该生长基底20。当该基底30与该生长基底20均发生移动时，两者的移动方向均垂直于该生长基底20的碳纳米管生长表面。
在该步骤B124中，该升温步骤可以使固态介质60’融化成液态介质60并干燥或直接将该固态介质60’升华，从而得到去除。该去除过程不影响该碳纳米管阵列10的形态。由于固态介质60’的厚度较小，去除后碳纳米管阵列10直接与该基底30的表面接触并通过范德华力结合。
可以理解，在上述步骤B121～B124的整个过程中，该碳纳米管阵列10的形态应基本得到保持，以使在去除固态介质60’后该第二碳纳米管膜42仍能从该碳纳米管阵列10中连续地拉出为准。
本实施例在转移的过程中通过固态介质60’增强碳纳米管阵列10与基底30之间的结合力，使碳纳米管阵列10可以与该生长基底20分离，并在拉取第二碳纳米管膜42前将固态介质60’去除，使碳纳米管阵列10与基底30之间的结合力减小到可以使第二碳纳米管膜42从中连续地拉出。因此该基底30的材料不限，可以为常见的刚性基底或弹性基底。
请看回图4及图5该步骤S4进一步包括：通过激光刻蚀在该碳纳米管阵列10的第一表面102形成刻蚀槽106。聚焦的激光束照射在该碳纳米管阵列10的第一表面102，碳纳米管被激光照射后温度升高，空气中的氧气会氧化激光照射到的碳纳米管，使被激光照射的碳纳米管烧毁，从而去除该部分碳纳米管。该激光束的扫描路线可预先由电脑设定，可在碳纳米管阵列10的第一表面102形成复杂的刻蚀图案。所用的激光束的功率可以为2瓦～50瓦，激光扫描速度可以为0.1毫米/秒～10000毫米/秒，所述激光束的宽度可以为1微米～400微米。本实施例中，该激光束通过YAG激光器发射，波长为1.06微米，功率为3.6瓦，激光扫描速度为100毫米/秒。
该刻蚀槽106的深度可以小于或等于该碳纳米管阵列10的高度，优选为0.5微米～10微米。该刻蚀槽106的宽度最小可以为1微米。该刻蚀槽106的宽度和深度主要保证有效分离保留区域12和去除区域14中的碳纳米管，降低碳纳米管之间的范德华力，从而在后续拉取去除区域14中的碳纳米管时不致使保留区域12中的碳纳米管也被拉出。该刻蚀槽106的长度可以较长，在该碳纳米管阵列10的第一表面102形成线状图案，划分出保留区域12和去除区域14。
该保留区域12与去除区域14是按照设置在该基底30的表面302上的第一电极90及第二电极92的位置划分的。也就是可先将第一电极90与第二电极92的位置输入电脑程序，作为控制刻蚀槽106形成位置的依据。
在该步骤S5中，由于该被转移至基底30上的碳纳米管阵列10中仍可以拉取获得第二碳纳米管膜42，因此可以通过从该去除区域14拉取第二碳纳米管膜42的方式去除该去除区域14中的碳纳米管。由于该刻蚀槽106使保留区域12与去除区域14的碳纳米管之间的范德华力减小，当拉取至去除区域14边缘时第二碳纳米管膜42会因范德华力较弱而自动与碳纳米管阵列10分离，因此拉取去除区域14的碳纳米管不会影响保留区域12，从而在基底30表面仅留该保留区域12，得到该支撑元件80。
该步骤S5与传统的碳纳米管拉膜步骤的区别是，该第二碳纳米管膜42是从转移至该基底30并且经过激光刻蚀形成的碳纳米管阵列10的去除区域14中拉取，而非从直接在生长基底20表面的碳纳米管阵列10中进行拉取。在优选的实施例中，该第二碳纳米管膜42是从倒立的设置在该基底30表面的碳纳米管阵列10中进行拉取，也就是从碳纳米管阵列10的原来的生长底部进行拉取。所述步骤S5具体包括以下步骤：S51，从该去除区域14中通过拉取工具50选定一碳纳米管片段；S52，通过移动该拉取工具50拉取该选定的碳纳米管片段，从而首尾相连的拉出多个碳纳米管片段，进而形成一连续的第二碳纳米管膜42。
在该步骤S51中，可采用具有一定宽度的胶带或粘性基条接触该去除区域14以选定具有一定宽度的一碳纳米管片段。在该步骤S52中，该选定的碳纳米管片段的拉取方向与该碳纳米管阵列10中碳纳米管的生长方向呈一不为0的角度a，优选为30度～90度。
上述步骤A122及B123有别于步骤S5，步骤A122及B123的目的是使碳纳米管阵列10整体脱离该生长基底20，脱离后仍保持阵列10的形态。而在步骤S5的目的是从去除区域14中拉取第二碳纳米管膜42，因此并非使去除区域14整体脱离基底30，而是先使一小部分碳纳米管，如碳纳米管片段，脱离基底30，再由该拉出的碳纳米管片段带动相邻的碳纳米管片段被首尾相连的拉出，即陆续脱离基底30。
在该步骤S6中，该第一碳纳米管膜40被铺设在该支撑元件80表面，由至少两个支撑元件80支撑，从而在该两个支撑元件80之间悬空设置。
本技术方案通过将碳纳米管阵列10转移至基底30，并保持该碳纳米管阵列10仍具有拉膜性能，通过在碳纳米管阵列10第一表面102形成刻蚀槽106，使去除区域14与保留区域12分离，在通过拉取第二碳纳米管膜42的方式区域去除区域14的碳纳米管。这种方式避免了直接通过激光刻蚀所有去除区域14时由于去除区域14面积太大而难以去除完全，效率较低的缺点，更为节能环保且操作简便。通过将转移至基底30的碳纳米管阵列10进行图案化并拉取碳纳米管膜，可以形成精细而小尺寸的支撑元件80，因此该热致发声装置100可以具有较小的尺寸，例如可以制成热声芯片，应用于耳机、手机等小尺寸便携式电子设备中。
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 (15)

1.一种热致发声装置，包括基底、第一电极、第二电极及第一碳纳米管膜，该第一电极与第二电极相互间隔的设置在该基底的表面，其特征在于，该热致发声装置进一步包括至少两个相互间隔的支撑元件，并分别设置在该第一电极与该第二电极的表面，该第一碳纳米管膜通过该至少两个支撑元件的支撑而部分悬空设置，该支撑元件将该第一碳纳米管膜分别与该第一电极及该第二电极电连接，该支撑元件包括多个并排设置的碳纳米管，该多个碳纳米管基本垂直于该基底的表面。
2.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，该支撑元件为碳纳米管阵列。
3.如权利要求2所述的热致发声装置，其特征在于，该碳纳米管阵列的形态能够使第二碳纳米管膜从该碳纳米管阵列中连续地拉出，该第二碳纳米管膜包括多个首尾相连的碳纳米管。
4.如权利要求2所述的热致发声装置，其特征在于，该碳纳米管阵列是从碳纳米管阵列生长基底转移至所述热致发声装置的基底。
5.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，该第一碳纳米管膜为热致发声元件，能够将电信号转换为热信号，通过加热周围空气介质发出声波。
6.一种热致发声装置的制备方法，包括以下步骤：
提供一热致发声装置的基底；
在该热致发声装置的基底表面形成第一电极及第二电极；
将碳纳米管阵列从生长基底转移至热致发声装置的基底，并覆盖该第一电极及第二电极，该碳纳米管阵列靠近该热致发声装置的基底的表面为第二表面，远离该热致发声装置的基底的表面为第一表面，该碳纳米管阵列的形态能够使得一第二碳纳米管膜可以从该碳纳米管阵列中连续地拉出，该第二碳纳米管膜包括多个首尾相连的碳纳米管；
通过在碳纳米管阵列的该第一表面进行激光刻蚀，将该碳纳米管阵列划分为两部分，分别为保留区域和去除区域，该保留区域为覆盖该第一电极及第二电极的区域，该去除区域为第一电极及第二电极之外的区域；
通过从该去除区域拉取第二碳纳米管膜的方式去除该去除区域中的碳纳米管，并保留该保留区域的碳纳米管，从而在该第一电极及第二电极上分别形成支撑元件；以及
将第一碳纳米管膜铺设在该支撑元件表面，通过该支撑元件部分悬空设置。
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，该碳纳米管阵列通过如下步骤转移至该热致发声装置的基底的表面：
提供所述生长基底，该生长基底表面具有该碳纳米管阵列；
将该热致发声装置的基底的表面接触该碳纳米管阵列远离该生长基底的表面；以及
通过移动该热致发声装置的基底与该生长基底中的至少一方，使该热致发声装置的基底与该生长基底相远离，从而使该碳纳米管阵列与该生长基底分离，并转移至该热致发声装置的基底，同时保持该碳纳米管阵列的形态能够使所述第二碳纳米管膜得以从该碳纳米管阵列中连续地拉出。
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，该碳纳米管阵列通过如下步骤转移至该热致发声装置的基底的表面：
提供所述生长基底，该生长基底表面具有该碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列靠近该生长基底的表面为第一表面，远离该生长基底的表面为第二表面；
将该热致发声装置的基底设置在该碳纳米管阵列的第二表面，并使该热致发声装置的基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间具有液态介质；
使位于该热致发声装置的基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间的液态介质固化变为固态介质；
通过移动该热致发声装置的基底与该生长基底中的至少一方，使该热致发声装置的基底与该生长基底相远离，从而使该碳纳米管阵列与该生长基底分离，并转移至该热致发声装置的基底，同时保持该碳纳米管阵列的形态能够使所述第二碳纳米管膜得以从该碳纳米管阵列中连续地拉出；以及
通过升温去除位于该热致发声装置的基底与该碳纳米管阵列之间的固态介质。
9.如权利要求8所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，该使该热致发声装置的基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间具有液态介质的步骤包括：
在该碳纳米管阵列的第二表面形成一层液态介质；以及
将该热致发声装置的基底的表面接触该具有液态介质的第二表面。
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，使位于该热致发声装置的基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间的液态介质变为固态介质的步骤包括以具有凝固点以下温度的热致发声装置的基底接触该具有液态介质的第二表面。
11.如权利要求8所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，该使该热致发声装置的基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间具有液态介质的步骤包括：
在该热致发声装置的基底的表面形成一层液态介质；以及
将该热致发声装置的基底具有液态介质的表面接触该碳纳米管阵列的第二表面。
12.如权利要求8所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，使位于该热致发声装置的基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间的液态介质变为固态介质的步骤包括将该热致发声装置的基底、液态介质、碳纳米管阵列及生长基底的层叠结构放入低温箱中降温至凝固点以下。
13.如权利要求8所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，该液态介质为水，该固态介质为冰。
14.如权利要求8所述的热致发声装置的制备方法，其特征在于，该在碳纳米管阵列的该第一表面进行激光刻蚀的步骤形成刻蚀槽。
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，该刻蚀槽的深度小于或等于该碳纳米管阵列的高度。
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