CN108540921A - 多组合阵列石墨烯发声器 - Google Patents

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王德波
辛济昊
魏良栋
张焕卿
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Abstract

本发明提供了一种多组合阵列石墨烯发声器，包括石墨烯阵列和电极，石墨烯阵列与电极通过导线电连接，电极包括设置在石墨烯阵列上方的正电极和设置在石墨烯阵列下方的负电极，石墨烯阵列包括第一石墨烯单元、第二石墨烯单元、第三石墨烯单元中的至少一种，且石墨烯阵列以数量相同或不同的第一石墨烯单元、第二石墨烯单元及第三石墨烯单元为基础，进行阵列组合而成。本发明的多组合阵列石墨烯发声器，可以实现至少十种石墨烯阵列的排布，由此构成的石墨烯发声器体积小、质量轻，结构简单、操作简便，可根据具体的设计需求及使用工况进行灵活组合并集成，输出性能范围变大，使用范围较广。

Description

多组合阵列石墨烯发声器
技术领域
本发明涉及一种石墨烯发声器，具体涉及一种多组合阵列石墨烯发声器，属于微型器件领域。
背景技术
石墨烯作为二维碳纳米材料，具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，其中石墨烯的热声效应可以用来制作发声器。石墨烯是一种优良的导体，具有高热导率、低热容量的特点，对石墨烯施加交流电可以更快速地将焦耳热传导至周围空气中，通过空气的周期性膨胀与收缩产生声波，实现石墨烯发声器的发声功能。
目前石墨烯发声器所采用的结构大都是基于单层/多层石墨烯通过施加交流电发声，例如，公开号为CN106878913A的专利申请公开了一种基于编织网格结构的石墨烯热致发声器，采用编织网格结构石墨烯作为热致发声元件，旨在提高发生器的机械性能；相关文献中也有通过改进石墨烯制备工艺得到三维石墨烯泡沫来提高热声效应的相关记载，但如何从石墨烯发声器本身的结构出发，制得体积小且结构简单的产品，或通过改进发声器件结构而非制备工艺即可提高产品的热声效应及输出性能，就成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多组合阵列石墨烯发声器，可以实现至少十种石墨烯阵列的排布，由此构成的石墨烯发声器体积小、质量轻，结构简单、操作简便，组合与集成灵活，输出性能范围变大，使用范围较广。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种多组合阵列石墨烯发声器，包括石墨烯阵列和电极，所述石墨烯阵列与所述电极电连接，所述电极包括设置在所述石墨烯阵列上方的正电极和设置在所述石墨烯阵列下方的负电极，所述石墨烯阵列包括第一石墨烯单元、第二石墨烯单元、第三石墨烯单元中的至少一种，且所述石墨烯阵列以所述第一石墨烯单元、第二石墨烯单元和第三石墨烯单元为基础阵列组合而成。
进一步地，根据本发明的多组合阵列石墨烯发声器，所述第一石墨烯单元包括衬底和3×3三维石墨烯泡沫，所述3×3三维石墨烯泡沫沉积在所述衬底上。
进一步地，根据本发明的多组合阵列石墨烯发声器，所述3×3三维石墨烯泡沫由呈三排三列分布的共计9片石墨烯泡沫构成。
进一步地，根据本发明的多组合阵列石墨烯发声器，各片所述石墨烯泡沫之间通过导线连接，每列石墨烯泡沫的一侧通过导线与所述正电极连接、另一侧通过导线与所述负电极连接。
进一步地，根据本发明的多组合阵列石墨烯发声器，所述第二石墨烯单元由三组所述第一石墨烯单元构成。
进一步地，根据本发明的多组合阵列石墨烯发声器，所述第三石墨烯单元由五组所述第一石墨烯单元构成。
进一步地，根据本发明的多组合阵列石墨烯发声器，所述衬底的材质为二氧化硅、玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种多组合阵列石墨烯发声器，包括石墨烯阵列和电极，石墨烯阵列与电极通过导线电连接，电极包括设置在石墨烯阵列上方的正电极和设置在石墨烯阵列下方的负电极，石墨烯阵列包括第一石墨烯单元、第二石墨烯单元、第三石墨烯单元中的至少一种，且石墨烯阵列以数量相同或不同的第一石墨烯单元、第二石墨烯单元及第三石墨烯单元为基础，进行阵列组合而成。
本发明提供的多组合阵列石墨烯发声器，通过上述三种构成单元的排列组合，可以实现至少十种石墨烯阵列的排布，可以根据具体的设计需求及使用工况进行灵活组合并集成，石墨烯发声器的输出性能范围变大，使用范围较广；此外，上述多组合阵列石墨烯发声器体积小、质量轻，结构简单，且三种构成单元共用相同的正、负电极，便于施加交流电进行热声效应产生声波，操作简便。
附图说明
图1是本发明采用第一石墨烯单元的结构示意图。
图2是本发明采用第一石墨烯单元的简化结构示意图。
图3是本发明采用第二石墨烯单元的结构示意图。
图4是本发明采用第三石墨烯单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。所述实施例的示例在附图中示出，在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，旨在用于解释本发明，而不构成为对本发明的限制。
发明提供了一种多组合阵列石墨烯发声器，如图1所示，包括石墨烯阵列和电极，所述石墨烯阵列与所述电极通过导线进行电连接，所述电极包括设置在所述石墨烯阵列上方的正电极和设置在所述石墨烯阵列下方的负电极，所述石墨烯阵列包括第一石墨烯单元、第二石墨烯单元、第三石墨烯单元中的至少一种，且所述石墨烯阵列以所述第一石墨烯单元、第二石墨烯单元和第三石墨烯单元为基础阵列组合而成，即所述石墨烯阵列以数量相同或不同的第一石墨烯单元、第二石墨烯单元及第三石墨烯单元为基础，进行阵列组合而成。
第一石墨烯单元包括衬底和沉积在所述衬底上的3×3三维石墨烯泡沫，如图1所示，所述3×3三维石墨烯泡沫由呈三排三列分布的共计9片石墨烯泡沫构成，各片石墨烯泡沫之间通过导线连接，且每列石墨烯泡沫的右侧通过导线与所述正电极连接，每列石墨烯泡沫的左侧通过导线与所述负电极连接。
进一步地，所述衬底的材质为二氧化硅、玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯PET。
上述第一石墨烯单元具有3×3的石墨烯泡沫阵列，其作为多组合阵列石墨烯发声器的基本单元，简化结构示意图如图2所示。
进一步地，以上述第一石墨烯单元为基础，共设置三组第一石墨烯单元，构成第二石墨烯单元，如图3所示，所述第二石墨烯单元具有三组3×3的石墨烯泡沫阵列，即共计3×3×3=27片石墨烯泡沫。
第二石墨烯单元内的各片石墨烯泡沫之间均通过导线连接，每组3×3石墨烯泡沫阵列的右侧通过导线与石墨烯发生器上方的正电极连接，左侧通过导线与石墨烯发生器下方的负电极连接，构成第二石墨烯单元的三组第一石墨烯单元之间也通过导线进行连接。
进一步地，以上述第一石墨烯单元为基础，共设置五组第一石墨烯单元，构成第三石墨烯单元，如图4所示，所述第三石墨烯单元具有五组3×3的石墨烯泡沫阵列，即共计5×3×3=45片石墨烯泡沫。
第三石墨烯单元内部的连接关系与上述第二石墨烯单元相同，其内部的各片石墨烯泡沫之间均通过导线连接，每组3×3石墨烯泡沫阵列的右侧通过导线与石墨烯发生器上方的正电极连接，左侧通过导线与石墨烯发生器下方的负电极连接，构成第三石墨烯单元的五组第一石墨烯单元之间也通过导线进行连接。
构成石墨烯发声器的上述第一石墨烯单元、第二石墨烯单元和第三石墨烯单元共用相同的正、负电极，便于施加交流电进行热声效应产生声波，操作简便。
以上述第一石墨烯单元、第二石墨烯单元和第三石墨烯单元为基础进行阵列组合，通过三种单元之间的自由组合可以实现多达10种不同的发声器阵列组合，具体组合方式如下：
将1个第一石墨烯单元单独应用于石墨烯发声器，即为1组石墨烯发生器阵列。
将2个第一石墨烯单元的正、负电极用导线连接，应用于石墨烯发声器，即为2组石墨烯发生器阵列。
将1个第二石墨烯单元单独应用于石墨烯发声器，即为3组石墨烯发生器阵列。
将1个第一石墨烯单元与1个第二石墨烯单元的正、负电极用导线连接，应用于石墨烯发声器，即为4组石墨烯发生器阵列。
将1个第三石墨烯单元单独应用于石墨烯发声器，即为5组石墨烯发生器阵列。
将1个第一石墨烯单元与1个第三石墨烯单元的正、负电极用导线连接，应用于石墨烯发声器，即为6组石墨烯发生器阵列。
将2个第一石墨烯单元与1个第三石墨烯单元的正、负电极用导线连接，应用于石墨烯发声器，即为7组石墨烯发生器阵列。
将1个第二石墨烯单元与1个第三石墨烯单元的正、负电极用导线连接，应用于石墨烯发声器，即为8组石墨烯发生器阵列。
将1个第一石墨烯单元、1个第二石墨烯单元与1个第三石墨烯单元的正、负电极用导线连接，应用于石墨烯发声器，即为9组石墨烯发生器阵列。
将2个第一石墨烯单元、1个第二石墨烯单元与1个第三石墨烯单元的正、负电极用导线连接，应用于石墨烯发声器，即为10组石墨烯发生器阵列。
将上述三种单元进行排列组合，可以实现至少1到10组的十种阵列，并由此构成超过10种阵列的石墨烯发生器，且该石墨烯发生器所用的单元数目总量没有超过4个，结构简单、便于组合与集成。
本发明提供的多组合阵列石墨烯发声器，通过上述三种构成单元的排列组合，可以实现至少十种石墨烯阵列的排布，可以根据具体的设计需求及使用工况进行灵活组合并集成，石墨烯发声器的输出性能范围变大，使用范围较广；此外，上述多组合阵列石墨烯发声器体积小、质量轻，结构简单，且三种构成单元共用相同的正、负电极，便于施加交流电进行热声效应产生声波，操作简便。
应该注意的是，上述实施例是对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的数据或步骤。

Claims (7)

1.一种多组合阵列石墨烯发声器，包括石墨烯阵列和电极，所述石墨烯阵列与所述电极电连接，所述电极包括设置在所述石墨烯阵列上方的正电极和设置在所述石墨烯阵列下方的负电极，其特征在于：所述石墨烯阵列包括第一石墨烯单元、第二石墨烯单元、第三石墨烯单元中的至少一种，且所述石墨烯阵列以所述第一石墨烯单元、第二石墨烯单元和第三石墨烯单元为基础阵列组合而成。
2.根据权利要求1所述的一种多组合阵列石墨烯发声器，其特征在于：所述第一石墨烯单元包括衬底和3×3三维石墨烯泡沫，所述3×3三维石墨烯泡沫沉积在所述衬底上。
3.根据权利要求2所述的一种多组合阵列石墨烯发声器，其特征在于：所述3×3三维石墨烯泡沫由呈三排三列分布的共计9片石墨烯泡沫构成。
4.根据权利要求3所述的一种多组合阵列石墨烯发声器，其特征在于：各片所述石墨烯泡沫之间通过导线连接，每列石墨烯泡沫的一侧通过导线与所述正电极连接、另一侧通过导线与所述负电极连接。
5.根据权利要求4所述的一种多组合阵列石墨烯发声器，其特征在于：所述第二石墨烯单元由三组所述第一石墨烯单元构成。
6.根据权利要求4所述的一种多组合阵列石墨烯发声器，其特征在于：所述第三石墨烯单元由五组所述第一石墨烯单元构成。
7.根据权利要求2所述的一种多组合阵列石墨烯发声器，其特征在于：所述衬底的材质为二氧化硅、玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
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