CN109743671A - 一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石墨烯材料在静电扬声器应用领域，一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，包括扬声器振膜和涂覆在扬声器振膜两侧的石墨烯涂层，所述扬声器振膜为高分子薄膜，厚度2um—7um；所述石墨烯涂层由包括以下重量份；的原料制备而成：水性成膜基料5—50重量份；石墨烯浆料1—20重量份；去离子水5—50重量份；助溶剂5—50重量份；助剂1—10重量份。该振膜由于复合了石墨烯材料，因而在基本不改变振膜厚度和质量的情况下增强了振膜的结构强度，使其柔韧性更好；同时由于石墨烯优异的超导性能，在振膜表面形成均匀的孤岛式极化电荷点，提高了振膜对音源的解析能力，降低了声音的失真率，并且由于石墨烯导热系数高、耐酸碱盐等化学药品、与PEI膜附着力强，使得石墨烯复合式振膜的散热好、耐磨性好、耐老化性能提高。

Description

一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜及其制备方法

技术领域

本发明属于石墨烯材料在静电扬声器应用领域，具体是涉及一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜及其制备方法。

背景技术

扬声器是一种十分常用的电声换能器件，扬声器在音响设备中是一个最薄弱的器件，它同时对于音响效果又是一个最重要的部件。按其换能原理扬声器可分为电动式、静电式、电磁式、压电式等几种。静电式扬声器是振膜在静电力的作用下作前后震动推动空气产生声波的扬声器。静电扬声器主要优点是：振膜质量极轻，因而柔顺性非常好，解析力极佳，能捕捉音乐信号中极为细微的变化，它双面发音，有无数个发音体，音场宽阔开扬，声音能够真实还原，并且能高清晰还原每一个细小讯号。静电扬声器的振动系统是单一的振膜。质量比电动式扬声器的振动系统轻了数百倍，超薄的振膜特性决定了极快的瞬态响应，所以静电扬声器工作于中高频段，音质轻盈细致，很容易得到清澈透明的中高音。能充分表现音乐的质感，另外，由于静电扬声器的振膜是平面的，因而基本上不会产生因结构所造成的失真，静电扬声器的实际失真则仅为0.5%以下，而电动式扬声器的失真通常高达3%。静电扬声器的主要缺陷是，需要较高的极化电压，需要的振膜面积较大，不便于制作便携式静电音响振膜；另外效率不高，声压输出低，动态小，同时因为振膜要求2um—7um，加工易破损，工艺难度较高，成本较为昂贵。

综上所述，开发一种新型石墨烯复合式静电音响振膜，充分利用石墨烯电导率高、韧性好、轻、薄、透明的二维特性提高其振膜的对声源的解析能力，降低极化电压，从而提高声音输出的声压和降低失真率，增强高分子振膜的结构强度和使用寿命，同时降低成本，减小静电音响振膜面积。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜及其制备方法，振膜导热系数高、耐酸碱盐等化学药品、与PEI膜附着力强、散热好、耐磨性好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，包括扬声器振膜和涂覆在扬声器振膜两侧的石墨烯涂层，所述扬声器振膜为高分子薄膜，厚度2um—7um；

其由包括以下重量份；的原料制备而成：

水性成膜基料5—50重量份；

石墨烯浆料1—20重量份；

去离子水5—50重量份；

助溶剂5—50重量份；

助剂1—10重量份。

作为优选的，所述高分子薄膜2um—4um；其由包括以下重量份；的原料制备而成：

水性成膜基料8—45重量份；

石墨烯浆料2—18重量份；

去离子水8～28重量份；

助溶剂25—45重量份；

助剂1.5—8重量份。

作为优选的，所述高分子薄膜4um—7um；其由包括以下重量份；的原料制备而成：

水性成膜基料10—40重量份；

石墨烯浆料3—15重量份；

去离子水10～25重量份；

助溶剂30—40重量份；

助剂2—7重量份。

作为优选的，所述高分子薄膜为PEI薄膜。

作为优选的，所述水性成膜基料为热塑性水性环氧改性丙烯酸树脂、水性丙烯酸树脂、水性氨基树脂、水性异氰酸酯固化剂中的两种或两种以上

作为优选的，所述石墨烯浆料为厚度小于20nm、片径1～3um、比表面积200～300m2/g、层数少于10层的石墨烯粉体所制备的浆料。

作为优选的，所述去离子水为经过12级过滤的纯水

作为优选的，所述助溶剂为乙醇、异丙醇、乙二醇丁醚、中的一种或一种以上。

作为优选的，所述所述助剂为分散剂、消泡剂、基材润湿剂、防沉剂的一种或一种以上。

一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜制备方法，使用如上所述的新型石墨烯复合式静电扬声器振膜的组份的原料，包括以下步骤：

（1）将所述石墨烯浆料与所述水性成膜基料、助剂、分散均匀后研磨制备成石墨烯复合式振膜功能浆料半成品，该复合石墨烯复合式振膜功能浆料半成品的细度1—3um；

（2）将步骤1所得复合石墨烯复合式振膜功能浆料半成品与所述助剂、助溶剂、去离子水混合分散均匀，即得复合石墨烯复合式振膜功能浆料成品。

（3）将步骤2所得石墨烯复合式振膜功能浆料成品，适量装入喷枪容器中，喷枪为1.0mm—1.3mm口径，压力调整适当均匀将步骤2所得石墨烯复合式振膜功能浆料成品喷涂在PEI薄膜的两面，使得石墨烯均匀分布在振膜表面，经过静置再烘烤后即得新型石墨烯复合式静电扬声器振膜成品。

使用本发明的有益效果是：

本发明新型石墨烯复合式静电扬声器振膜中所选用的石墨烯是二维片层结构，是目前已知导电性最好，其表面电子迁移率最高的材料，石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料 ，导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率*超过15000 cm²/V·s，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因为电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此，可以大大减少静电音响振膜所需的极化电压。石墨烯的结构非常稳定，碳碳键仅为1.42Å，石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定，因此石墨烯是世界上强度最大的材料，因此，将石墨烯与PEI薄膜复合后，可以大大提高静电音响振膜的柔韧性和强度；另外，石墨烯的厚度仅为0.34nm，对于PEI薄膜2—7um的厚度而言基本忽略不计，所以对于振膜的原有振幅及频率没有影响，石墨烯超薄，强度超大的特性， 可以很好地改良PEI薄膜的结构强度。

本发明新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，因为石墨烯新材料的复合，使得PEI薄膜在基本不影响原有厚度的情况下能快速解析声源信号，同时由于石墨烯的高电子迁移率，可以降低静电振膜的极化电压，同时大幅度提高PEI振膜的静电力，从而提高声压输出量。再由于石墨烯的二维结构，石墨烯与PEI薄膜之间基本以分子间距离贴合在一起，是的PEI薄膜的振幅及频率没有任何损失并且不发生变化，从而使得声源信息失真率降到0.02%以下。本发明新型石墨烯振膜由于其石墨烯较高的热辐射系数，能快速将热量转移走，降低PEI振膜表面的温度，延缓PEI薄膜的老化速度，延长使用寿命。

附图说明

图1为新型石墨烯复合式静电扬声器振膜正面结构示意图。

图2为新型石墨烯复合式静电扬声器振膜反面结构示意图。

图3为新型石墨烯复合式静电扬声器振膜侧面结构示意图。

附图标记包括：

1-PEI薄膜，2-石墨烯涂层。

具体实施方式

为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。

一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，包括扬声器振膜和涂覆在扬声器振膜两侧的石墨烯涂层2，扬声器振膜为高分子薄膜，厚度2um—7um；

石墨烯涂层2由包括以下重量份；的原料制备而成：

水性成膜基料5—50重量份；

石墨烯浆料1—20重量份；

去离子水5—50重量份；

助溶剂5—50重量份；

助剂1—10重量份。

高分子薄膜2um—4um；其由包括以下重量份；的原料制备而成：

水性成膜基料8—45重量份；

石墨烯浆料2—18重量份；

去离子水8～28重量份；

助溶剂25—45重量份；

助剂1.5—8重量份。

高分子薄膜4um—7um；其由包括以下重量份；的原料制备而成：

水性成膜基料10—40重量份；

石墨烯浆料3—15重量份；

去离子水10～25重量份；

助溶剂30—40重量份；

助剂2—7重量份。

高分子薄膜为PEI薄膜1。

水性成膜基料为热塑性水性环氧改性丙烯酸树脂、水性丙烯酸树脂、水性氨基树脂、水性异氰酸酯固化剂中的两种或两种以上

石墨烯浆料为厚度小于20nm、片径1～3um、比表面积200～300m2/g、层数少于10层的石墨烯粉体所制备的浆料。

去离子水为经过12级过滤的纯水

助溶剂为乙醇、异丙醇、乙二醇丁醚、中的一种或一种以上。

助剂为分散剂、消泡剂、基材润湿剂、防沉剂的一种或一种以上。

一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜制备方法，使用如上的新型石墨烯复合式静电扬声器振膜的组份的原料，包括以下步骤：

（1）将石墨烯浆料与水性成膜基料、助剂、分散均匀后研磨制备成石墨烯复合式振膜功能浆料半成品，该复合石墨烯复合式振膜功能浆料半成品的细度1—3um；

（2）将步骤1所得复合石墨烯复合式振膜功能浆料半成品与助剂、助溶剂、去离子水混合分散均匀，即得复合石墨烯复合式振膜功能浆料成品。

（3）将步骤2所得石墨烯复合式振膜功能浆料成品，适量装入喷枪容器中，喷枪为1.0mm—1.3mm口径，压力调整适当均匀将步骤2所得石墨烯复合式振膜功能浆料成品喷涂在PEI薄膜1的两面，使得石墨烯均匀分布在振膜表面，经过静置再烘烤后即得新型石墨烯复合式静电扬声器振膜成品。

其中，石墨烯浆料为厚度小于20nm、片径1～3um、比表面积200～300m2/g、层数少于10层的石墨烯粉体所制备的浆料，来源为深圳市国创珈伟石墨烯科技有限公司，型号为JIG-S313；

高分子薄膜为日本三菱公司PEI薄膜1，厚度为2um—7um；

水性成膜基料中的热塑性水性环氧改性丙烯酸树脂、水性丙烯酸树脂为江苏三木集团有限公司生产；

助溶剂中乙醇、异丙醇、乙二醇丁醚为无锡佳沃化工有限公司；

助剂中分散剂、消泡剂、基材润湿剂、防沉剂为广州亨缌克新材料公司。

以下将结合具体的实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，所用原料详细如下：

高分子薄膜（PEI薄膜1，厚度2um）；

水性成膜基料（热塑性水性环氧改性丙烯酸树脂）10重量份；石墨烯浆料5重量份；去离子水50重量份；助溶剂34重量份；（其中乙醇20重量份；乙二醇10重量份；丙二醇丁醚4重量份），助剂1重量份；（其中分散剂0.5重量份；润湿剂0.3重量份；消泡剂重量份；0.1份、防沉剂0.1重量份）。

制备方法包括以下步骤：

1、将以上原料中的石墨烯浆料与所述水性成膜基料、助剂、分散均匀后研磨制备成石墨烯复合式振膜功能浆料半成品，该复合石墨烯复合式振膜功能浆料半成品的细度1—3um；

2、将步骤1所得复合石墨烯复合式振膜功能浆料半成品与所述助剂、助溶剂、去离子水混合分散均匀，即得复合石墨烯复合式振膜功能浆料成品。

3、将步骤2所得石墨烯复合式振膜功能浆料成品，适量装入喷枪容器中，喷枪为1.0mm—1.3mm口径，压力调整适当，然后均匀将步骤2所得石墨烯复合式振膜功能浆料成品喷涂在PEI薄膜1的两面，使得石墨烯均匀分布在PEI薄膜1表面，经过静置再烘烤后即得新型石墨烯复合式静电扬声器振膜成品。

实施例2

一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，所用原料详细如下：

高分子薄膜（PEI薄膜1，厚度4um）；

水性成膜基料（热塑性水性环氧改性丙烯酸树脂）50重量份；石墨烯浆料15重量份；去离子水20重量份；助溶剂10重量份；（其中乙醇6重量份；乙二醇4重量份），助剂5重量份；（其中分散剂2重量份；润湿剂2重量份；消泡剂重量份；0.5份、防沉剂0.5重量份）。

制备方法同实施例1。

实施例3

一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，所用原料详细如下：

高分子薄膜（PEI薄膜1，厚度7um）；

水性成膜基料（热塑性水性环氧改性丙烯酸树脂）20重量份；石墨烯浆料2重量份；去离子水50重量份；助溶剂23重量份；（其中乙醇10重量份；乙二醇10重量份；丙二醇丁醚3重量份），助剂5重量份；（其中分散剂2重量份；润湿剂2重量份；消泡剂重量份；0.5份、防沉剂0.5重量份）。

制备方法同实施例1。

实施例4

一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，所用原料详细如下：

高分子薄膜（PEI薄膜1，厚度2um）；

水性成膜基料（热塑性水性环氧改性丙烯酸树脂）30重量份；石墨烯浆料5重量份；去离子水50重量份；助溶剂8重量份；（其中乙醇5重量份；乙二醇2重量份；丙二醇丁醚1重量份），助剂7重量份；（其中分散剂3重量份；润湿剂2重量份；消泡剂重量份；1份、防沉剂1重量份）。

制备方法同实施例1。

实施例5

一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，所用原料详细如下：

高分子薄膜（PEI薄膜1，厚度4um）；

水性成膜基料（热塑性水性环氧改性丙烯酸树脂）40重量份；石墨烯浆料10重量份；去离子水30重量份；助溶剂12重量份；（其中乙醇8重量份；乙二醇2重量份；丙二醇丁醚2重量份），助剂8重量份；（其中分散剂3重量份；润湿剂3重量份；消泡剂1重量份；防沉剂1重量份）。

制备方法同实施例1。

实施例6

一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，所用原料详细如下：

高分子薄膜（PEI薄膜1，厚度7um）；

水性成膜基料（热塑性水性环氧改性丙烯酸树脂）45重量份；石墨烯浆料15重量份；去离子水26重量份；助溶剂10重量份；（其中乙醇8重量份；乙二醇1重量份；丙二醇丁醚1重量份），助剂4重量份；（其中分散剂2重量份；润湿剂1重量份；消泡剂重量份；0.5份、防沉剂0.5重量份）。

制备方法同实施例1。

对比例1

一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，所用原料详细如下：

高分子薄膜（PEI薄膜1，厚度4um）；

水性成膜基料（热塑性水性环氧改性丙烯酸树脂）50重量份；石墨烯浆料0重量份；去离子水30重量份；助溶剂15重量份；（其中乙醇10重量份；乙二醇3重量份；丙二醇丁醚2重量份），助剂5重量份；（其中分散剂2重量份；润湿剂2重量份；消泡剂重量份；0.5份、防沉剂0.5重量份）。

制备方法同实施例1。

对比例2

一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，所用原料详细如下：

高分子薄膜（PEI薄膜1，厚度4um）；

水性成膜基料（热塑性水性环氧改性丙烯酸树脂）50重量份；石墨烯浆料25重量份；去离子水15重量份；助溶剂5重量份；（其中乙醇2重量份；乙二醇2重量份；丙二醇丁醚1重量份），助剂5重量份；（其中分散剂2重量份；润湿剂2重量份；消泡剂重量份；0.5份、防沉剂0.5重量份）。

制备方法同实施例1。

下表1为实施例和对比例的新型石墨烯复合式静电扬声器振膜性能参数

表1 实施例和对比例的新型石墨烯复合式静电扬声器振膜性能参数表

参数	PEI薄膜1	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	对比例1	对比例2
										声音输出强度（dB）	40	90	85	85	90	88	85	40	60
表面电阻（Ω/□）	＞10<sup>12</sup>	＞10<sup>12</sup>	＞10<sup>12</sup>	＞10<sup>12</sup>	＞10<sup>12</sup>	＞10<sup>12</sup>	＞10<sup>12</sup>	＞10<sup>12</sup>	＞10<sup>12</sup>
										耐高压（KV）	10	10	10	10	10	10	10	10	9
石墨烯附着力（酒精搽拭）	--	0	1	0	0	1	1	---	2

综合分析表1数据，实施例1—6的综合性能都合格，在声音输出强度、表面电阻、耐高压和附着力各参数都到达标准。对比例1由于没有添加石墨烯，故其各项参数和PEI原薄膜一样，对比例2由于添加石墨烯的量过多，故其表面石墨烯分布未形成完全孤岛模式，造成静电力减弱，所以声强减弱，同时易造成脱粉附着力降低的现象，耐高压也降低。

在PEI薄膜1中加入石墨烯后，由于石墨烯的高导电率、高导热性及轻、薄、强度高的二维结构特性，石墨烯超薄，强度超大的特性， 可以很好地改良PEI薄膜1的结构强度及振幅特性。本发明新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，因为石墨烯新材料的复合，使得PEI薄膜1在基本不影响原有厚度和振幅及频率的情况下能快速解析声源信号，同时由于石墨烯的高电子迁移率，可以降低静电振膜的极化电压，同时大幅度提高PEI振膜的静电力，从而提高声压输出量。再由于石墨烯的二维结构，石墨烯与PEI薄膜1之间基本以分子间距离贴合在一起，是的PEI薄膜1的振幅及频率没有任何损失并且不发生变化，从而使得声源信息失真率降到0.02%以下。本发明新型石墨烯振膜由于其石墨烯较高的热辐射系数，能快速将热量转移走，降低PEI振膜表面的温度，降低PEI薄膜1的老化速度，延长使用寿命。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，其特征在于：包括扬声器振膜和涂覆在扬声器振膜两侧的石墨烯涂层，所述扬声器振膜为高分子薄膜，厚度2um—7um；

所述石墨烯涂层由包括以下重量份；的原料制备而成：

水性成膜基料5—50重量份；

石墨烯浆料1—20重量份；

去离子水5—50重量份；

助溶剂5—50重量份；

助剂1—10重量份。

2.根据权利要求1所述的新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，其特征在于：所述高分子薄膜2um—4um；所述石墨烯涂层由包括以下重量份；的原料制备而成：

水性成膜基料8—45重量份；

石墨烯浆料2—18重量份；

去离子水8～28重量份；

助溶剂25—45重量份；

助剂1.5—8重量份。

3.根据权利要求1所述的新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，其特征在于：所述高分子薄膜4um—7um；所述石墨烯涂层由包括以下重量份；的原料制备而成：

水性成膜基料10—40重量份；

石墨烯浆料3—15重量份；

去离子水10～25重量份；

助溶剂30—40重量份；

助剂2—7重量份。

4.根据权利要求1-3任一项所述的新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，其特征在于：所述高分子薄膜为PEI薄膜。

5.根据权利要求1-3任一项所述的新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，其特征在于：所述水性成膜基料为热塑性水性环氧改性丙烯酸树脂、水性丙烯酸树脂、水性氨基树脂、水性异氰酸酯固化剂中的两种或两种以上。

6.根据权利要求1-3任一项所述的新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，其特征在于：所述石墨烯浆料为厚度小于20nm、片径1～3um、比表面积200～300m2/g、层数少于10层的石墨烯粉体所制备的浆料。

7.根据权利要求1-3任一项所述的新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，其特征在于：所述去离子水为经过12级过滤的纯水。

8.根据权利要求1-3任一项所述的新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，其特征在于：所述助溶剂为乙醇、异丙醇、乙二醇丁醚、中的一种或一种以上。

9.根据权利要求1-3任一项所述的新型石墨烯复合式静电扬声器振膜，其特征在于：所述所述助剂为分散剂、消泡剂、基材润湿剂、防沉剂的一种或一种以上。

10.一种新型石墨烯复合式静电扬声器振膜制备方法，使用权利要求1-3任一项所述的新型石墨烯复合式静电扬声器振膜的组份的原料，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将所述石墨烯浆料与所述水性成膜基料、助剂、分散均匀后研磨制备成石墨烯复合式振膜功能浆料半成品，该复合石墨烯复合式振膜功能浆料半成品的细度1—3um；

（2）将步骤1所得复合石墨烯复合式振膜功能浆料半成品与所述助剂、助溶剂、去离子水混合分散均匀，即得复合石墨烯复合式振膜功能浆料成品；

（3）将步骤2所得石墨烯复合式振膜功能浆料成品，适量装入喷枪容器中，喷枪为1.0mm—1.3mm口径，压力调整适当均匀将步骤2所得石墨烯复合式振膜功能浆料成品喷涂在PEI薄膜的两面，使得石墨烯均匀分布在振膜表面，经过静置再烘烤后即得新型石墨烯复合式静电扬声器振膜成品。