CN111163395A - 吸音颗粒、发声装置以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸音颗粒、发声装置以及电子设备，包括：活性碳粒子和与活性炭粒子混合在一起的高分子聚合物粘接剂；活性碳粒子包括活性碳粒子内核和包覆在活性碳粒子内核外表面的疏水层；疏水层的材料包括沸石、气凝胶、多孔有机聚合物中的一种；活性炭粒子内核包括碳、氢、氧三种元素；活性炭粒子内核包括由二维石墨层结构和/或三维石墨微晶的分子碎片无规则的堆积形成的乱层结构；活性炭粒子内核中具有疏松的孔道结构。本发明的一个技术效果在于，通过疏水层减少进入活性炭粒子内核的水分，提高了该吸音颗粒的吸音能力。将该吸音颗粒填充到发声装置中能够用于降低发声装置的谐振频率，改善发声装置的发声性能。
Description
技术领域
本发明涉及声学技术领域，更具体地，涉及一种吸音颗粒、发声装置以及电子设备。
背景技术
发声装置是电子设备中用于将电信号转换成声音信号的装置。发声装置的谐振频率是重要的声学性能指标，降低发声装置的谐振频率有助于提高发声装置的声学效果。
谐振频率指发声装置从低音域逐渐升高振动频率，振动强度达到最强振动时，或者，测量发声装置的阻抗特性，阻抗值第一次达到最大值时，所对应的振动频率称为该发声装置谐振频率或共振频率，即f0。
如何降低发声装置的F0以提高发声装置的声学性能，是本领域需要解决问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种吸音颗粒、发声装置以及电子设备的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种吸音颗粒，包括：
活性碳粒子和与所述活性炭粒子混合在一起的高分子聚合物粘接剂；所述活性碳粒子包括活性碳粒子内核和包覆在所述活性碳粒子内核外表面的疏水层；
所述疏水层的材料包括沸石、气凝胶、多孔有机聚合物中的一种；
所述活性炭粒子内核包括碳、氢、氧三种元素；
所述活性炭粒子内核包括由二维石墨层结构和/或三维石墨微晶的分子碎片无规则的堆积形成的乱层结构；
所述活性炭粒子内核中具有疏松的孔道结构。
可选地，所述疏水层的材料包括沸石，所述沸石为硅铝比大于100的硅铝酸盐。
可选地，所述疏水层的材料包括气凝胶，所述气凝胶为无定形SiO2。
可选地，所述疏水层的材料包括多孔有机聚合物，所述多孔有机聚合物包括共价有机框架聚合物(COFs)、固有微孔聚合物(PIMs)、共轭微孔聚合物(CMPs)、超交联聚合物(HCPs)中的至少一种。
可选地，所述孔道结构包括纳米级的微孔和介孔。
可选地，所述微孔的孔径范围为0.6nm-1.3nm，所述介孔的孔径范围为2nm-3.5nm。
可选地，所述活性炭粒子的形状包括球形、类球形、片形、棒形中的至少一种。
可选地，所述活性炭粒子的粒径范围为0.1μm-100μm。
可选地，所述吸音颗粒被配置为对氮气的吸附量大于或等于0.05mmol/g。
根据本发明的第二方面，提供了一种发声装置，包括：
壳体，所述壳体内形成有容纳腔；
振动组件，所述振动组件设置在所述容纳腔内，将所述容纳腔分为前声腔和后声腔；
如上述任意一项所述的吸音颗粒，所述吸音颗粒设置在所述后声腔内。
根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括如上述的发声装置。
根据本公开的一个实施例，通过在活性炭粒子内核外设置疏水层，能够减少进入活性炭粒子内核的水分，提高了该吸音颗粒的吸音能力。将该吸音颗粒填充到发声装置中能够用于降低发声装置的谐振频率，改善发声装置的发声性能。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是本公开一个实施例中的活性炭粒子的剖视图。
图2是本公开一个实施例中的吸音颗粒所应用的发声装置的剖面图。
图中，1为吸音颗粒，11为活性炭粒子内核，12为疏水层，2为壳体，21为前声腔，22为后声腔，3为振动组件。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
根据本发明的一个实施例，提供了一种吸音颗粒，如图1所示，该吸音颗粒包括：活性碳粒子和与所述活性炭粒子混合在一起的高分子聚合物粘接剂；所述活性碳粒子包括活性碳粒子内核和包覆在所述活性碳粒子内核外表面的疏水层12；所述疏水层12的材料包括沸石、气凝胶、多孔有机聚合物中的一种；所述活性炭粒子内核11包括碳、氢、氧三种元素；所述活性炭粒子内核11包括由二维石墨层结构和/或三维石墨微晶的分子碎片无规则的堆积形成的乱层结构；所述活性炭粒子内核11中具有疏松的孔道结构。
在该实施例中，吸音颗粒包括通过活性炭粒子内核11和包覆在所述活性碳粒子内核外表面的疏水层12组成的活性炭粒子，活性炭粒子和高分子聚合物粘接剂混合在一起形成吸音颗粒。高分子聚合物粘接剂具有高粘接力、柔韧性、防水、抗渗、抗裂、抗老化性等优异的性能。能将大量活性炭粒子牢固地粘接在一起形成颗粒。该活性炭粒子为无定形的结构，无定形的结构能够提高该活性炭粒子对不同应用场景的适应性。例如，能够将活性碳吸音颗粒应用在不同的发声装置内。以及能够达到降低发声装置的谐振频率F0的效果，能提升发声装置的中低频音质。通过吸音颗粒对空气的吸收释放作用，能够有效于扩大发声装置中声腔的有效容积。
所述疏水层12的材料包括沸石、气凝胶、多孔有机聚合物中的一种。
沸石、气凝胶以及多孔有机聚合物这几种材料都具有优异的防水性能，并且不影响吸音颗粒的吸音性能。例如，使用沸石制作的沸石疏水层，通过沸石材料的疏水性能防止大量水分进入吸音颗粒中。以及，使用气凝胶制作的气凝胶疏水层、使用多孔有机聚合物制作的多孔有机聚合物疏水层。
例如，所述疏水层12的材料包括沸石，所述沸石为硅铝比大于100的硅铝酸盐。
沸石中，硅铝比大于100，其吸水率显著降低，表现为疏水特性，对空气中水蒸气起到隔离效果。
例如，所述疏水层12的材料包括气凝胶，所述气凝胶为无定形SiO2。
气凝胶为二氧化硅结构，具有强疏水性，对空气中水蒸气起到隔离效果。
例如，所述疏水层12的材料包括多孔有机聚合物，所述多孔有机聚合物包括共价有机框架聚合物(COFs)、固有微孔聚合物(PIMs)、共轭微孔聚合物(CMPs)、超交联聚合物(HCPs)中的至少一种。
多孔有机聚合物为有机高分子交联而形成的多孔结构物质，本身具有疏水透气性，可隔绝空气中的水蒸气。
高分子聚合物粘接剂具有优异的粘接性能，能够将多个活性炭粒子聚集在一起，形成吸音颗粒。形成的该吸音颗粒将活性炭粒子的吸音作用集合在一起，在的吸音颗粒中形成立体的孔道结构。能够提高吸音颗粒对空气的吸收、释放能力。
在一个实施例中，活性炭粒子可以是球形、类球形、片形、棒形等形状。
例如，被粘接在一起的球形的活性炭粒子之间堆积形成大孔，大孔进一步提高吸音颗粒对空气的吸收、释放能力。片形的活性碳粒子能够提高活性炭吸音颗粒的结构稳定性，降低起粉、破损的风险。同时由于片形无定型活性炭粒子碳化工艺简便，成本较低。
本公开中的吸音颗粒的制备工艺简单，容易实现制造不会增加额外的生产成本，能够大量制造，适合大批量的工业生产。
本公开中，疏水层12包覆在活性炭粒子内核11的外表面。疏水层12自身具有疏水性，能够有效防止活性炭粒子内核11吸附大量的水分，降低了吸音颗粒的吸水率。避免水分进入活性炭粒子内核11中影响吸音颗粒的吸音效果。
例如，疏水层12的厚度可以为0.1μm-10μm。在该厚度范围内，疏水层12能提供足够的防水能力，有效避免大量水分进入活性炭粒子内核11中造成的降低吸音颗粒吸音能力的问题。例如，能够避免水分进入活性炭粒子内核11中的输送的孔道结构中。疏松的孔道结构能够有效地达到吸音效果。
例如，疏水层12的厚度为2μm-6μm。疏水层12的厚度在该厚度范围内具有更优的防水能力，提高了防止水分进入活性炭粒子内核11的能力。提高了吸音颗粒的吸音可靠性。
将上述的沸石、气凝胶以及多孔有机聚合物中的一种材料制作的疏水层12的厚度设置在0.1μm-10μm。可选地，将厚度设置在2μm-6μm。能够有效降低吸音颗粒的吸水率，降低该吸音颗粒所应用的发声装置的谐振频率F0。
例如，所述疏水层12在所述吸音颗粒中的质量占比为1-50％，所述活性炭粒子内核11在所述吸音颗粒中的质量占比为50-99％。
具体地，通过上述设定厚度范围内的沸石、气凝胶以及多孔有机聚合物中的一种材料制成的疏水层12。以及，设定不同上述材料在吸音颗粒中所占质量百分比。能够将吸音颗粒的吸水率以及谐振频率F0降低到更优的值。具体参见表1-表3所示的内容。表1-表3为实验得出的不同材料的疏水层12的质量分数和厚度下的吸音颗粒的吸水率，以及吸音颗粒所应用的发声装置的谐振频率降低效果。
表1
| 沸石包覆层质量(wt％) | 0 | 0.1～5 | 5～20 | 20～40 | 30～50 |
| 沸石包覆层厚度(um) | 0 | 0.1～2 | 2～4 | 2～6 | 4～10 |
| F0降低效果(Hz) | 170 | 165 | 160 | 158 | 150 |
| 吸水率(％) | 35％ | 24％ | 16％ | 5％ | 2％ |
表2
表3
通过表1-表3可以看出：活性炭粒子内核11外包覆有沸石、气凝胶以及多孔有机聚合物中任意一种材料的疏水层12时，随着疏水层12的厚度以及疏水层12所占质量百分比的增加。吸音颗粒的吸水率有明显下降，以及，吸音颗粒所应用的发声装置的谐振频率F0有明显降低。
可见，本公开中的吸音颗粒能有效地降低吸水率，以及有效降低吸音颗粒所应用的发声装置的谐振频率F0。提高该发声装置的中低频性能。
在一个实施例中，活性炭粒子为球形、类球形、片形、棒形中的至少一种。
不同形状的活性炭粒子混合在一起，能够形成活性炭粒子间具有孔隙结构的吸音颗粒。增加吸音颗粒的吸音性能。
例如，不同形状的活性碳粒子与高分子聚合物粘接剂混合制成的吸音颗粒。制成的吸音颗粒可以为颗粒状。发声装置的结构空间有限，将吸音颗粒制成颗粒状，更容易将吸音颗粒装入有限的空间中。
例如，吸音颗粒可以为颗粒状。可以是一种吸音颗粒，该吸音颗粒包括上述的吸音颗粒。
采用球形的碳粒子在粘接形成吸音颗粒后，碳粒子之间能够形成更均匀、更细密的孔道结构，进而提高吸音颗粒的声学性能。采用片形碳粒子能够提高吸音颗粒的结构稳定性，降低起粉、破损的风险。同时由于片形无定型活性炭粒子碳化工艺简便，成本较低，因此从工业应用角度优选片形无定型活性炭粒子。
在上述例子中，活性炭粒子内核11包括碳、氢、氧三种元素；在活性炭粒子内核11的碳、氢、氧三种元素中，碳元素占比最大，相比下氢元素和氧元素只占有少量。提高碳元素的占比，能够避免活性炭粒子内核11中形成的疏松的孔道结构过于稀疏。进而避免孔道结构的孔径变大。孔道结构的孔径变大后会造成吸音颗粒的累积孔容积变小，吸收、空气的能力降低。
例如，所述活性炭粒子内核11包括由二维石墨层结构和/或三维石墨微晶的分子碎片无规则的堆积形成的乱层结构；所述活性炭粒子内核11中具有疏松的孔道结构。
二维石墨层结构和三维石墨微晶的边缘上存在大量不规则的键。不规则的键能够在二维石墨层结构和三维石墨微晶之间形成紧密连接，交织形成孔道结构。碳的价电子具有sp2杂化轨道和sp3杂化轨道，进而形成六角碳网平面。以这种无规则的形式堆积形成的活性炭粒子能够形成细密的、丰富的孔道结构，以满足吸音颗粒对孔道结构的结构要求。
活性炭粒子内核11中包括的二维石墨层结构和/或三维石墨微晶的分子碎片无规则的堆积形成的乱层结构，主要影响材料中所形成的孔道结构。上述两种结构在材料中的含量越多，材料经过碳化工艺的加工工序后，形成的孔道结构越均匀、孔道结构的孔径越小，进而使得吸音颗粒能够产生良好的降低谐振频率的效果。
在一个实施例中，所述孔道结构包括纳米级的微孔和介孔。
活性炭粒子内核11中具有大量的微孔以及介孔。大量的微孔一方面能增加粒子的总体累积孔容积，另一方面可以提高活性炭粒子对空气分子的吸附能力。大量孔径细小的微孔能够吸附大量空气分子，提高所制成的吸音颗粒的声学性能。在空气分子需要快速吸入微孔或者快速从微孔中释放时，介孔给空气分子提供足够的流动空间，使空气分子能够快速移动，降低空气阻塞与微孔中的情况。
例如，所述微孔的孔径范围为0.6nm-1.3nm，所述介孔的孔径范围为2nm-3.5nm。
将微孔的孔径限制在上述的孔径范围，使得活性炭粒子中能够包含充分、大量的微孔。介孔在上述的孔径范围内，能避免降低活性炭粒子的累积孔容积造成的粒子整体的吸收空气的性能下降。因此，上述的微孔和介孔的孔径范围能提高吸音颗粒的吸音性能。
经本发明的发明人验证，将本公开的吸音颗粒填充到发声装置的后声腔22内，其通过对空气的吸收释放作用能等效于扩大了后声腔22的容积，可以使后声腔22的容积扩大N倍，其中，N＞1。在发声装置的后声腔22内，吸音颗粒的粒子受迫振动会消耗掉声波的能量，这种效果等效于后声腔22的容积中的空气声顺性增加，从而降低了谐振频率。
在一个实施例中，活性炭粒子的粒径范围为0.1μm-100μm。
通过控制活性炭粒子内核11的粒径以及通过对吸音颗粒粒径的控制，都能够达到最佳的堆积密度和降低谐振频率的效果。
在一个实施例中，所述吸音颗粒被配置为对氮气的吸附量大于或等于0.05mmol/g。从而保证吸音颗粒对空气有足够的吸附和脱附性能，以满足等效扩容腔体空间的需要。
根据本发明的一个实施例，提供了一种发声装置，如图2所示，该发声装置包括：壳体，所述壳体内形成有容纳腔；振动组件3，所述振动组件3设置在所述容纳腔内，将所述容纳腔分为前声腔21和后声腔22；如上述的吸音颗粒1，所述吸音颗粒1设置在所述后声腔22内。
在该实施例中，吸音颗粒1可以是颗粒状。将吸音颗粒1放置在发声装置中设置的容纳腔内。可以通过网布将吸音颗粒1封装在容纳腔内。振动组件3用于在发声装置中发声，在振动组件3发生的过程中，容纳腔内的吸音颗粒1会对发声装置内因声音而变化的气体实现吸附、释放作用，从而达到增大后声腔22体积，降低谐振频率的效果。
本公开提供的吸音颗粒1可应用于例如耳机、听筒、扬声器、音箱等不同类型的发声装置中。将吸音颗粒1放入发声装置的后声腔22中，相当于虚拟扩大了后声腔22的体积，还等效于增大发声装置的阻尼，从而减小共振强度。最终能降低发声装置的谐振频率，进而达到改善发声装置的声学性能的效果。
根据本公开的一个实施例，提供了一种电子设备，包括上述的发声装置。
该电子设备中的发声装置具有上述发声装置的降低谐振频率的性能。改善了该电子设备中的发声装置的声学性能。提高了电子设备的可使用性。例如，电子设备可以是手机、平板电脑或其他电子设备。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (11)
1.一种吸音颗粒，其特征在于，包括：
活性碳粒子和与所述活性炭粒子混合在一起的高分子聚合物粘接剂；
所述活性碳粒子包括活性碳粒子内核和包覆在所述活性碳粒子内核外表面的疏水层；
所述疏水层的材料包括沸石、气凝胶、多孔有机聚合物中的一种；
所述活性炭粒子内核包括碳、氢、氧三种元素；
所述活性炭粒子内核包括由二维石墨层结构和/或三维石墨微晶的分子碎片无规则的堆积形成的乱层结构；
所述活性炭粒子内核中具有疏松的孔道结构。
2.根据权利要求1所述的吸音颗粒，其特征在于，所述疏水层的材料包括沸石，所述沸石为硅铝比大于100的硅铝酸盐。
3.根据权利要求1所述的吸音颗粒，其特征在于，所述疏水层的材料包括气凝胶，所述气凝胶为无定形SiO2。
4.根据权利要求1所述的吸音颗粒，其特征在于，所述疏水层的材料包括多孔有机聚合物，所述多孔有机聚合物包括共价有机框架聚合物(COFs)、固有微孔聚合物(PIMs)、共轭微孔聚合物(CMPs)、超交联聚合物(HCPs)中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的吸音颗粒，其特征在于，所述孔道结构包括纳米级的微孔和介孔。
6.根据权利要求5所述的吸音颗粒，其特征在于，所述微孔的孔径范围为0.6nm-1.3nm，所述介孔的孔径范围为2nm-3.5nm。
7.根据权利要求1所述的吸音颗粒，其特征在于，所述活性炭粒子的形状包括球形、类球形、片形、棒形中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的吸音颗粒，其特征在于，所述活性炭粒子的粒径范围为0.1μm-100μm。
9.根据权利要求1所述的吸音颗粒，其特征在于，所述吸音颗粒被配置为对氮气的吸附量大于或等于0.05mmol/g。
10.一种发声装置，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体内形成有容纳腔；
振动组件，所述振动组件设置在所述容纳腔内，将所述容纳腔分为前声腔和后声腔；
如权利要求1-9中任意一项所述的吸音颗粒，所述吸音颗粒设置在所述后声腔内。
11.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求10所述的发声装置。
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