CN117316134A - 吸音材料及其制备方法、装置、设备、炭基粘结剂及应用 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电子设备吸音技术领域，特别是涉及一种吸音材料及其制备方法、装置、设备、炭基粘结剂及应用。可以减小扬声器的声学性能损失。一种吸音材料，所述吸音材料呈颗粒状，每个吸音颗粒包括多个沸石粒子，以及将所述多个沸石粒子粘结在一起的炭基粘结剂，所述炭基粘结剂具有孔结构。
Description
技术领域
本申请涉及电子设备吸音技术领域，特别是涉及一种吸音材料及其制备方法、装置、设备、炭基粘结剂及应用。
背景技术
手机等智能移动终端轻薄便捷的设计趋势对其扬声器的设计提出了新的要求。在扬声器体积不断受到压缩的情况下，在前声腔和/或后声腔中填充吸音材料，虚拟增大前声腔和/或后声腔体积，可降扬声器的谐振频率，提升扬声器的低频性能。
目前应用在扬声器后腔中的填充的吸音材料主要由分子筛、天然沸石、活性炭等的粉体通过有机胶粘剂粘接在一起，有机胶粘剂的使用导致损失部分声学性能。
提供一种新型的具有更佳降低扬声器谐振频率性能的吸音材料，成为目前亟待解决的技术问题。
发明内容
基于此，有必要提供一种吸音材料及其制备方法、装置、设备、炭基粘结剂及应用。
第一方面，本申请提供一种吸音材料，所述吸音材料呈颗粒状，每个吸音颗粒包括多个沸石粒子，以及将所述多个沸石粒子粘结在一起的炭基粘结剂，所述炭基粘结剂具有孔结构。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述沸石粒子至少满足如下条件之一：
(1)所述沸石粒子中的硅和铝的质量比大于20；
(2)所述沸石粒子的平均粒径大于0.1μm。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述炭基粘结剂采用有机聚合物通过炭化处理制备得到。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述炭基粘结剂至少满足如下条件之一：
(1)所述炭基粘结剂的表面还含有氟元素；
(2)所述炭基粘结剂的表面还含有过渡金属离子；
(3)所述炭基粘结剂在所述吸音材料中的质量占比为1％～50％。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述吸音材料至少满足如下条件之一：
(1)所述吸音材料包括：球形颗粒、类球形颗粒、方块形吸音块以及不规则形状吸音块中的一种或多种；
(2)所述吸音材料包括球形颗粒，所述球形颗粒的尺寸为100～2000μm；
(3)所述吸音材料的密度为0.2～0.9g/mL；
(4)所述吸音材料的比表面积大于250m2/g；
(5)所述吸音材料包括介孔和微孔结构，所述介孔和微孔结构的总孔容积大于0.2mL/g。
第二方面，提供一种如第一方面所述的吸音材料的制备方法，包括：
制备炭基粘结剂的前驱体溶液，所述前驱体溶液至少包括：有机聚合物和溶剂；
将所述前驱体溶液与沸石粉体混合，制备悬浊液；
将所述悬浊液烘干，并对烘干后的产物进行炭化处理，制备所述吸音材料。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述有机聚合物包括含氟有机聚合物；
可选地，所述含氟有机聚合物包括：聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚五氟丙乙烯、氟化乙丙共聚物、全氟烷氧基树脂、聚氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯和六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物中的至少一种。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述方法至少满足如下条件之一：
(1)制备所述悬浊液的混合时间为1h～6h；
(2)所述烘干的温度为40℃～80℃，时间为2h～24h；
(3)所述炭化处理在惰性气体中进行，且所述炭化处理的温度为600℃～1200℃，时间为2～6h。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述前驱体溶液还包括：过渡金属离子前驱体和造孔剂中的至少一种，且所述有机聚合物、所述过渡金属离子前驱体和造孔剂的质量比为(70～100):(0～15):(0～15)。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述有机聚合物在所述前驱体溶液中的质量占比为70％～90％，所述过渡金属离子前驱体在所述前驱体溶液中的质量占比为5％～15％，所述造孔剂在所述前驱体溶液中的质量占比为5％～15％。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述过渡金属离子前驱体包括：铬离子、锰离子、铁离子、钴离子、镍离子、铜离子和锌离子的氯盐或金属有机化合物中至少一种；
和/或，
所述造孔剂包括：碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钠等盐类或聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述溶剂包括甲苯、丙酮、二氯甲烷、四氢呋喃、1,4-二氧六环、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜中的至少一种。
第三方面，提供一种发声装置，包括：
发声单体、外壳和如第一方面所述的吸音材料；
所述发声单体设于所述外壳内并与所述外壳配合限定出前声腔和后声腔，所述吸音材料填充于所述后声腔和/或所述前声腔内。
第四方面，提供一种电子设备，包括：如第三方面所述的发声装置。
第五方面，提供一种炭基粘结剂，所述炭基粘结剂采用前驱体溶液通过炭化制备得到，所述前驱体溶液包括：有机聚合物、溶剂，以及过渡金属前驱体和造孔剂中的至少一种。
在第五方面的一种可能的实现方式中，所述有机聚合物包括：含氟有机聚合物；
可选地，所述含氟有机聚合物包括：聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚五氟丙乙烯、氟化乙丙共聚物、全氟烷氧基树脂、聚氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯和六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物中的至少一种。
在第五方面的一种可能的实现方式中，所述有机聚合物、所述过渡金属离子前驱体和造孔剂的质量比为(70～100):(0～15):(0～15)；
可选地，所述有机聚合物在所述前驱体溶液中的质量占比为70％～90％，所述过渡金属离子前驱体在所述前驱体溶液中的质量占比为5％～15％，所述造孔剂在所述前驱体溶液中的质量占比为5％～15％。
在第五方面的一种可能的实现方式中，所述炭基粘结剂的堆积密度为0.2g/mL～0.8g/mL，碳元素原子百分比为70％～99％，氟元素原子百分比为1％～30％。
第六方面，提供一种如第五方面所述的炭基粘结剂在制备吸音材料中的应用。
上述的吸音材料及其制备方法、装置、设备、炭基粘结剂及应用的有益效果如下：
炭基粘结剂具有孔结构，可以采用有机聚合物炭化制备得到，同时该炭基粘结剂具有比表面积高、物理和化学稳定性好、气液渗透性高和制备时孔结构可调控等的优点，与相关技术中有机胶粘剂的使用会堵塞吸音颗粒孔结构，造成吸音颗粒孔结构部分丧失相比，炭基粘结剂在粘接沸石粒子时不会堵塞沸石粒子的表面孔结构，如此，能够有效提高沸石粒子进行空气吸附脱附的能力，从而可以降低扬声器的谐振频率性能，提高其声学性能。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种吸音材料的制备方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的吸音材料的颗粒的扫描电子显微图；
图3为本申请实施例提供的基于图2对吸音材料的颗粒进行局部放大后的扫描电子显微图；
图4为本申请实施例提供的吸音材料的透射电子显微图与能量色散谱元素面扫描分布分析图；
图5为本申请实施例提供的一种吸音材料的炭基粘结剂的孔径分布图；
图6为本申请的实施例3、实施例4、对比例3和对比例4的扬声器的谐振频率F0的测试图；
图7为本申请的实施例3的扬声器在连续通电工作168h实验前后的谐振频率F0的对比图；
图8为本申请的实施例4的扬声器在连续通电工作168h实验前后的谐振频率F0的对比图；
图9为本申请的对比例3的扬声器在连续通电工作168h实验前后的谐振频率F0的对比图；
图10为本申请的对比例4的扬声器在连续通电工作168h实验前后的谐振频率F0的对比图；
图11为本申请的实施例3的扬声器在65℃，95％ RH，存储120h实验前后的谐振频率F0的对比图；
图12为本申请的实施例4的扬声器在65℃，95％ RH，存储120h实验前后的谐振频率F0的对比图；
图13为本申请的对比例3的扬声器在65℃，95％ RH，存储120h实验前后的谐振频率F0的对比图；
图14为本申请的对比例4的扬声器在65℃，95％ RH，存储120h实验前后的谐振频率F0的对比图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
除非上下文另有要求，否则，在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”被解释为开放、包含的意思，即为“包含，但不限于”。在说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例性实施例”、“示例性地”或“一些示例”等旨在表明与该实施例或示例相关的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施例或示例中。上述术语的示意性表示不一定是指同一实施例或示例。此外，所述的特定特征、结构、材料或特点可以以任何适当方式包括在任何一个或多个实施例或示例中。
本文参照作为理想化示例性附图的剖视图和/或平面图描述了示例性实施方式。在附图中，为了清楚，放大了层和区域的厚度。因此，可设想到由于例如制造技术和/或公差引起的相对于附图的形状的变动。因此，示例性实施方式不应解释为局限于本文示出的区域的形状，而是包括因例如制造而引起的形状偏差。例如，示为矩形的蚀刻区域通常将具有弯曲的特征。因此，附图中所示的区域本质上是示意性的，且它们的形状并非旨在示出设备的区域的实际形状，并且并非旨在限制示例性实施方式的范围。
“A和/或B”，包括以下三种组合：仅A，仅B，及A和B的组合。
在本文中，除非另有说明，“一种或多种”、“至少一种”表示一种或大于等于两种。
本文中，“例如”、“如”、“示例”、“举例”等用于描述目的，表示在前与在后的不同技术方案在涵盖内容上存在关联，但并不应理解为对前一技术方案的限定，也不能理解为对本文保护范围的限制。在本文中，如无其他说明，A(如B)，表示B为A中的一种非限制性示例，可以理解A不限于为B。
本文中，“可选地”、“可选的”、“可选”，指可有可无，也即指选自“有”或“无”两种并列方案中的任一种。如果一个技术方案中出现多处“可选”，如无特别说明，且无矛盾之处或相互制约关系，则每项“可选”各自独立。
本文中，“可选地含有”、“可选地包含”等描述，表示“含有或不含有”。“可选的组分X”，表示组分X存在或不存在，或者表示含有或不含有该组分X。
本文中，“第一方面”、“第二方面”等中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性或数量，也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
本文中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本文中，涉及到数值区间(也即数值范围)，如无特别说明，该数值区间内可选的数值的分布视为连续，且包括该数值区间的两个数值端点(即最小值及最大值)，以及这两个数值端点之间的每一个数值。如无特别说明，当数值区间仅仅指向该数值区间内的整数时，包括该数值范围的两个端点整数，以及两个端点之间的每一个整数，相当于直接列举了每一个整数。当提供多个数值范围描述特征或特性时，可以合并这些数值范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之数值范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。该数值区间中的“数值”可以为任意的定量值，比如数字、百分比、比例等。“数值区间”允许广义地包括百分比区间，比例区间，比值区间等数值区间类型。
本文中，涉及到百分比浓度，如无特别说明，均指终浓度。所述终浓度，指添加成分在添加该成分后的体系中的占比。
由于扬声器体积限制，在实际应用时不能简单通过增加前声腔和/或后声腔的体积来降低谐振频率。在前声腔和/或后声腔中放置多孔材料，通过多孔材料对气体的吸附和脱附过程来改变空气柱的弹性系数是目前常用的一种方法。尽管在前声腔和/或后声腔中放置多孔材料会减小后腔内部体积，但多孔材料对气体的吸/脱附过程可以增加实际参与声波传导的空气的量，即增加了相同压强下气体的体积(虚拟体积)。具有特定孔径(<5nm)和较大孔容的多孔材料(也可以称为吸音材料)填充在前声腔和/或后声腔中时，可以提供更好的低频调控性能。
目前应用在扬声器前声腔和/或后声腔中的填充的吸音材料主要由分子筛、天然沸石、活性炭等的粉体通过有机胶粘剂粘接在一起，然而，有机胶粘剂的使用会造成吸音颗粒孔结构的丧失，从而导致扬声器损失部分声学性能。
基于以上技术问题，第一方面，本申请的一些实施例提供一种吸音材料，该吸音材料呈颗粒状，每个吸音颗粒包括多个沸石粒子，以及将多个沸石粒子粘结在一起的炭基粘结剂，该炭基粘结剂具有孔结构。
其中，该炭基粘结剂是指以炭为主体的粘结剂，该炭基粘结剂具有孔结构，因此，该炭基粘结剂可以通过对有机聚合物炭化处理制备得到。同时该炭基粘结剂具有比表面积高、物理和化学稳定性好、气液渗透性高和制备时孔结构可调控等的优点，炭基粘结剂在粘接沸石时不会堵塞沸石粒子的表面孔结构，而相关技术中有机胶粘剂的使用会使得沸石粒子表面孔结构的部分损失，沸石粒子进行空气吸附脱附的能力降低，导致吸音材料的声学性能偏低。因此，该炭基粘结剂粘接的沸石粒子制备的吸音材料具有更佳的降低扬声器谐振频率性能的能力，可以提高扬声器的声学性能。
在一些实施例中，上述炭基粘结剂采用有机聚合物通过炭化处理制备得到。
在这些实施例中，采用有机聚合物炭化处理后的炭基粘结剂具有良好的疏水性，这种疏水性能够在很大程度上抑制炭基粘结剂对空气中水蒸汽的吸附作用，防止其堵塞吸音材料的孔结构，从而可以减少由于吸水导致的材料声学性能降低的问题。
在一些实施例中，有机聚合物可以包括：聚砜、聚苯乙烯、环氧树脂、聚氨酯、聚丙烯酸树脂、糊精中的至少一种。
在另一些实施例中，有机聚合物可以包括：含氟有机聚合物。
在这些实施例中，含氟有机聚合物在炭化处理后，氟元素会在炭基粘结剂上有残留，从而可以赋予该炭基粘结剂更好的疏水性。
在一些实施例中，该含氟有机聚合物可以包括：聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚五氟丙乙烯、氟化乙丙共聚物、全氟烷氧基树脂、聚氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯和六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物中的至少一种。
在一些实施例中，上述沸石粒子中的硅和铝的质量比大于20，和/或，沸石粒子的平均粒径大于0.1μm。
在这些实施例中，通过选择沸石粒子中的硅和铝的质量比大于20，和/或，沸石粒子的平均粒径大于0.1μm，可以使沸石粒子具有复杂的多孔结构和较大的比表面积，可以增强吸音材料的吸音效果；同时，该沸石粒子的晶体孔穴内部有很强的原子极化引起的库仑场，使其具有相当强的吸附能力，在将其与有机聚合物的分子相互作用时，借助这种库仑吸附作用，有机聚合物的分子可以向沸石粒子表面进行扩散，使得极性基团和有机聚合物的高分子链相互接近，其孔结构与较大的比表面积保证了有机聚合物和沸石粒子之间产生较大的粘结强度，从而可以确保炭基粘结剂的粘结强度。
在一些实施例中，炭基粘结剂至少满足如下条件之一：
(1)炭基粘结剂的表面还含有氟元素；
(2)炭基粘结剂的表面还含有过渡金属离子；
(3)炭基粘结剂在吸音材料中的质量占比为1％～50％。
在这些实施例中，在炭基粘结剂在吸音材料中的质量占比为1％～50％时，在炭基粘结剂采用有机聚合物通过炭化处理制备得到时，该炭基粘结剂具有较好的抗吸湿性。这是因为：有机聚合物被炭化后表现出良好的疏水性能，这种疏水性能能够在很大程度上抑制炭基粘结剂对空气中水蒸气的吸附作用，防止其堵塞吸音材料的多孔结构，从而减小由于吸水导致的吸音材料声学性能降低的问题。
在炭基粘结剂的表面还含有氟元素时，该炭基粘结剂可以采用含氟有机聚合物通过炭化处理制备得到，这时，氟元素的引入可以进一步提高炭基粘结剂的疏水性能，减少炭基粘结剂对空气中水蒸气的吸附，从而可以进一步防止吸附水堵塞吸音材料的多孔结构，减小由于吸水导致的声学性能降低的问题。
在炭基粘结剂的表面还含有过渡金属离子时，过渡金属离子可以作为粘结剂前驱体的一部分，通过引入过渡金属离子，可以实现对有机聚合物的低温催化和石墨化，使有机聚合物炭化后形成的无定形碳向规整石墨化结构转化，从而达到疏水的目的。同时，通过引入过渡金属离子，还可以增加炭基粘结剂的机械强度，减少摩擦、碰撞导致的材料折损。
在一些实施例中，上述吸音材料至少满足如下条件之一：
(1)吸音材料包括：球形颗粒、类球形颗粒、方块形吸音块以及不规则形状吸音块中的一种或多种；
(2)吸音材料包括球形颗粒，该球形颗粒的尺寸为100～2000μm；
(3)吸音材料的密度为0.2～0.9g/mL；
(4)吸音材料的比表面积大于250m2/g；
(5)吸音材料包括介孔和微孔结构，所述介孔和微孔结构的总孔容积大于0.2mL/g。
在这些实施例中，在吸音材料包括球形颗粒时，该球形颗粒的尺寸为100～2000μm，可以提高吸音材料的抗摩擦和破碎能力，在吸音材料的密度为0.2～0.9g/mL时，可以提高吸音材料的单位填充质量，而吸音材料的比表面与介孔和微孔的总孔溶剂可以显著增加实际参与声波传导的空气的量，即能够增加相同压强下气体的虚拟体积，因此，可以赋予该吸音材料较好的声学性能。
第二方面，本申请的一些实施例提供一种如第一方面所述的吸音材料的制备方法，如图1所示，该方法包括：
S11)、制备炭基粘结剂的前驱体溶液，前驱体溶液至少包括：有机聚合物和溶剂；
S12)、将前驱体溶液与沸石粉体混合，制备悬浊液；
S13)、将悬浊液烘干，并对烘干后的产物进行炭化处理，制备该吸音材料。
在本申请实施例提供的吸音材料的制备方法中，采用有机聚合物和溶剂制备成前驱体溶液，并通过后续炭化处理即可制备吸音材料。
本申请实施例提供的吸音材料的制备方法的有益技术效果与本申请实施例提供的吸音材料的技术效果基本相同，在此不再赘述。
在一些实施例中，上述沸石粉体可以包括分子筛粉体和/或天然沸石粉体。
分子筛粉体是人工合成的沸石粉体。
在一些实施例中，有机聚合物可以包括合成聚合物和/或天然聚合物，在此不做具体限定。
在一些实施例中，有机聚合物包括：含氟有机聚合物。
可选地，该含氟有机聚合物包括：聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚五氟丙乙烯、氟化乙丙共聚物、全氟烷氧基树脂、聚氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯和六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物中的至少一种。
在这些实施例中，该含氟有机聚合物在炭化处理之后，氟离子会残留在炭基粘结剂的表面上，从而可以赋予该炭基粘结剂良好的疏水性能。
在一些实施例中，该方法至少满足如下条件之一：
(1)制备悬浊液的混合时间为1h～6h；
(2)烘干的温度为40℃～80℃，时间为2h～24h；
(3)炭化处理在惰性气体中进行，且炭化处理的温度为600℃～1200℃，时间为2～6h。
在一些实施例中，该前驱体溶液还包括：过渡金属离子前驱体和造孔剂中的至少一种，且有机聚合物、过渡金属离子前驱体和造孔剂的质量比为(70～100):(0～15):(0～15)。
在这些实施例中，该过渡金属离子前驱体的加入，可以引入过渡金属离子，该过渡金属离子可以实现有机聚合物的低温催化和石墨化，使有机聚合物炭化后形成的无定形碳向规整石墨化微结构转化，从而可以进一步提高疏水效果。同时，过渡金属离子的引入，可以增加炭基粘结剂的机械强度，减少摩擦、碰撞导致的材料折损。造孔剂的引入，可以为炭基粘结剂提供一定的孔结构，从而可以弥补前驱体溶液与沸石粉末充分粘附引起的孔结构丧失。
在一些实施例中，该有机聚合物在前驱体溶液中的质量占比为70％～90％，所述过渡金属离子前驱体在所述前驱体溶液中的质量占比为5％～15％，所述造孔剂在所述前驱体溶液中的质量占比为5％～15％。
在一些实施例中，上述过渡金属离子前驱体包括：铬离子、锰离子、铁离子、钴离子、镍离子、铜离子和锌离子的氯盐或金属有机化合物中至少一种；
和/或，
造孔剂包括：碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钠等盐类或聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛等聚合物中的至少一种。
在一些实施例中，上述溶剂可以包括甲苯、丙酮、二氯甲烷、四氢呋喃、1,4-二氧六环、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜中的至少一种。
第三方面，本申请的一些实施例提供一种发声装置，该发声装置包括：发声单体、外壳和如第一方面所述的吸音材料。该发声单体设于外壳并与外壳配合限定出前声腔和后声腔，吸音材料填充于后声腔和/或前声腔内。
发声单体示例的可以为扬声器振动的最重要组件，可以分为动圈式、电感式、静电式、平面式、丝带式或号角式等。
该发声装置示例地可以为扬声器。
第四方面，本申请的一些实施例提供一种电子设备，该电子设备包括如第三方面所述的发声装置。
该电子设备示例地可以包括但不限于手机、笔记本电脑、平板电脑、膝上型电脑、个人数字助理或可穿戴式设备等。
第五方面，本申请的一些实施例提供一种炭基粘结剂，该炭基粘结剂采用前驱体溶液通过炭化处理制备得到，该前驱体溶液包括：有机聚合物、溶剂，以及过渡金属离子前驱体和造孔剂中的至少一种。
其中，通过在前驱体溶液中加入过渡金属离子前驱体，可以在炭基粘结剂中引入过渡金属离子，过渡金属离子的引入，可以增加炭基粘结剂的机械强度，减少摩擦、碰撞导致的材料折损；造孔剂的引入，可以为炭基粘结剂提供一定的孔结构，从而可以对炭基粘结剂的孔结构的大小和数量进行调控。
在一些实施例中，该有机聚合物包括：含氟有机聚合物；
可选地，该含氟有机聚合物可以包括：聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚五氟丙乙烯、氟化乙丙共聚物、全氟烷氧基树脂、聚氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯和六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物中的至少一种。
在这些实施例中，可以赋予该炭基粘结剂一定的疏水性能，在其应用时，可以减少该炭基粘结剂吸水造成的不良。
在一些实施例中，上述有机聚合物、过渡金属离子前驱体和造孔剂的质量比为(70～100):(0～15):(0～15)；
可选地，有机聚合物在前驱体溶液中的质量占比为70％～90％，过渡金属离子前驱体在前驱体溶液中的质量占比为5％～15％，造孔剂在前驱体溶液中的质量占比为5％～15％。
在一些实施例中，炭基粘结剂的堆积密度为0.2g/mL～0.8g/mL，碳元素原子百分比为70％～99％，氟元素原子百分比为1％～30％。
在这些实施例中，碳元素原子百分比和氟元素原子百分比可以采用透射电镜进行能量色散谱测试得到，该炭基粘结剂具有一定的孔结构，可补偿粘结作用引起的吸音颗粒孔结构丧失，从而减少扬声器的声学性能损失。
第六方面，本申请的一些实施例提供一种如第五方面所述的炭基粘结剂在制备吸音材料中的应用。
其中，该炭基粘结剂作为粘结剂在吸音材料中进行应用时，可以将多个沸石粒子粘结在一起，一方面，该炭基粘结剂具有孔结构，在粘接沸石粒子时不会堵塞沸石粒子的表面孔结构，而相关技术中有机胶粘剂的使用会使得沸石粒子表面孔结构的部分损失，使得沸石粒子进行空气吸附脱附的能力降低，导致吸音材料的声学性能偏低。因此，该炭基粘结剂粘接的沸石粒子制备的吸音材料具有更佳的降低扬声器谐振频率性能的能力，可以提高扬声器的声学性能。
另一方面，该炭基粘结剂可以采用有机聚合物炭化制备得到，在制备过程中，可以赋予该有机聚合物和沸石粒子较高的粘结强度，从而可以提高炭基粘结剂与沸石粒子的粘结强度。
为了对本申请实施例的技术效果进行客观评价，将通过如下实施例和对比例对本申请进行详细地示例性地说明。
在以下的实施例和对比例中，所有原料均可以通过商业形式购买获得，并且为了保持实验的可靠性，如下实施例和对比例所采用的原料均具有相同的物理和化学参数或经过同样的处理方法制备得到。
实施例1
1)配制聚偏氟乙烯、二茂铁、碳酸铵和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液，具体包括：
在室温下，将500mg的聚偏氟乙烯粉末加入50mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，以600rpm的转速搅拌240min使其完全溶解，之后加入一定量50mg二茂铁和50mg碳酸铵，继续搅拌60min使其完全溶解；
2)配制分子筛悬浊液，具体包括：
在室温下，将1000mgZMS-5分子筛加入上述溶液中，以600rpm的转速搅拌4h使其充分混合，超声至完全分散；
3)将分子筛悬浊液放入真空干燥箱中烘干24h，烘干温度为80℃；
4)将烘干后的物料研磨破碎，放入管式炉中炭化，使用氩气氛围，以5℃/min的速率升至700℃，保温180min，即可得到由炭基粘结剂粘结的高性能吸音材料；
5)将得到的吸音材料进行筛网筛分，筛选粒径250～550μm的颗粒。
实施例2
1)配制六氯丙烯-偏氟乙烯共聚物、二茂铁、聚乙烯醇和N-甲基吡咯烷酮的混合溶液，具体包括：
在室温下，将500mg六氯丙烯-偏氟乙烯共聚物固体加入50mL N-甲基吡咯烷酮溶液中，以600rpm的转速搅拌240min使其完全溶解，之后加入20mg二茂铁和50mg聚乙烯醇，继续搅拌60min使其完全溶解；
2)配制分子筛悬浊液，具体包括：
在室温下，将1000mgZMS-5分子筛加入步骤1)所得的溶液中，以600rpm的转速搅拌4h使其充分混合，超声至完全分散；
3)将分子筛悬浊液放入真空干燥箱中烘干24h，烘干温度为80℃；
4)将烘干后的物料研磨破碎，放入管式炉中炭化，使用氩气氛围，以5℃/min的速率升至800℃，保温120min，即可得到由炭基粘结剂粘结的高性能吸音材料；
5)将得到的吸音材料进行筛网筛分，筛选粒径250～550μm的颗粒。
对比例1
对比例采用羧甲基纤维素所粘结的ZSM-5分子筛，粒径250～550μm，具体制备方法如下：
将羧甲基纤维素与ZSM-5分子筛按照质量比为1:5的比例置于水中配成悬浊液，将该悬浊液置于真空干燥箱中烘干24h，烘干温度为80℃，将烘干后的物料研磨破碎，进行筛网筛分，筛选粒径250～550μm的颗粒，得到由羧甲基纤维素所粘结的ZSM-5分子筛材料。
对比例2
对比例2采用常规有机粘结剂粘结的硅铝沸石吸音材料，粒径250～550μm。
测试例1
1、对实施例1制备的吸音材料的颗粒进行扫描电镜分析，如图2所示，该颗粒呈类球形，且多个沸石粒子被炭基粘结剂粘结在一起。对基于图2的扫描电镜图进行放大分析，如图3所示，可见明显的层状炭基粘结剂。
2、对实施例1制备的吸音材料的颗粒进行色散谱能量密度分析，如图4所示，图4中的(a)是吸音颗粒的透射电镜扫描图，图4中的(b)是基于图4中(a)的能量色散谱元素面扫描分布分析图，其中，亮点表示氟元素信号，表明在粘结剂前驱体炭化后，仍有一定量氟元素的保留。
3、对实施例1制备的吸音材料的炭基粘结剂的孔径分布进行分析，如图5所示，可见其具有一定的孔结构，且孔径小于5nm。
4、吸水率实验测试
取实施例1～2和对比例1～2中同质量的100mg的吸音颗粒置于相对湿度为100％的密闭容器中，在25℃的环境温度下，放置24h，取出静置环境中30min后测试吸水率，测试结果如下表1所示。
表1
| 样品编号 | 吸水前质量(mg) | 吸水后质量(mg) | 吸水率(％) |
| 实施例1 | 100 | 101.45 | 1.45 |
| 实施例2 | 100 | 103.24 | 3.24 |
| 对比例1 | 100 | 130.66 | 30.66 |
| 对比例2 | 100 | 101.2 | 1.2 |
由表1中数据可以看出，同等条件下，本申请提供的实施例1和实施例2所制备的吸音材料的吸水率明显低于对比例1提供的吸音材料的吸水率，与对比例2基本一致，说明实施例1和实施例2的吸水率符合使用要求。
实施例3
实施例3取实施例1制备的吸音颗粒0.15mL填充于扬声器的后声腔中，制作20只产品。
实施例4
实施例4取实施例2制备的吸音颗粒0.15mL填充于扬声器的后声腔中，制作20只产品。
对比例3
对比例3取对比例1提供的吸音颗粒0.15mL填充于扬声器的后声腔中，制作20只产品。
对比例4：
对比例4取对比例2提供的吸音颗粒0.15mL填充于扬声器的后声腔中，制作20只产品。
测试例2
1、将实施例3～4和对比例3～4提供的扬声器进行Impedance Test阻抗测试，得到扬声器的谐振频率F0，对比各组扬声器F0结果，具体测试结果如下表2和图6所示。
2、将实施例3～4和对比例3～4提供的扬声器进行F0扫频实验测试，采用的扫频电压为4.5V，sine wave(正弦波)，扫频频率为700～1000Hz，连续通电工作168h。实验结束后测得各组扬声器的谐振频率F0，并拆解产品观察颗粒情况，具体测试结果分别如下表3与图7、图8、图9和图10所示。
3、将实施例3～4和对比例3～4提供的扬声器放置于65℃，95％ RH，存储120h，实验结束后，静置2h测试各组扬声器F0结果，具体测试结果分别如下表4与图11、图12、图13和图14所示。
表2
| 组别 | F0/Hz |
| 实施例3 | 746 |
| 实施例4 | 749 |
| 对比例3 | 749 |
| 对比例4 | 754 |
由表2中数据可以看出，在相同体积量颗粒的灌装条件下，由本申请的实施例1和实施例2制备的吸音材料对应的实施例3和实施例4的谐振频率F0比对比例4要低，且如图6所示，实施例3、实施例4的谐振频率F0与对比例3的谐振频率F0基本重叠，说明本申请提供的吸音材料的声学性能更好。
表3
| 组别 | 实验前F0/Hz | 实验后F0/Hz | ΔF0 | 颗粒状态 |
| 实施例3 | 746 | 763 | 17 | OK |
| 实施例4 | 749 | 769 | 20 | OK |
| 对比例3 | 749 | 772 | 25 | OK |
| 对比例4 | 754 | 799 | 45 | 部分碎粉 |
由表3中数据，以及如图7、图8、图9和图10可以看出，在相同实验条件下，由本申请提供的本申请的实施例1和实施例2制备的吸音材料对应的实施例3和实施例4的谐振频率的实验前后的ΔF0比对比例4要小，说明本申请提供的吸音材料的声学稳定性好；拆解产品后颗粒状态较好，无碎粉，而对比例4有部分碎粉，且F0变化量较大。说明实施例1和实施例2的颗粒结构强度高，耐受高强度的摩擦碰撞条件，具有更高的使用寿命。
表4
| 组别 | 实验前F0/Hz | 实验后F0/Hz | ΔF0 |
| 实施例3 | 746 | 748 | 2 |
| 实施例4 | 749 | 753 | 4 |
| 对比例3 | 749 | 852 | 103 |
| 对比例4 | 754 | 756 | 2 |
由表4中数据，以及如图11、图12、图13和图14可以看出，在相同实验条件下，由本申请提供的本申请的实施例1和实施例2制备的吸音材料对应的实施例3和实施例4的谐振频率的实验前后的ΔF0与对比例3相比变化较小，实验前后的F0值基本重叠，对比例3变化了103Hz，变化较大，说明实施例1和实施例2制备的吸音材料具有较强的耐高温高湿环境能力，且与对比例4基本一致，符合使用要求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (19)
1.一种吸音材料，其特征在于，所述吸音材料呈颗粒状，每个吸音颗粒包括多个沸石粒子，以及将所述多个沸石粒子粘结在一起的炭基粘结剂，所述炭基粘结剂具有孔结构。
2.根据权利要求1所述的吸音材料，其特征在于，所述沸石粒子至少满足如下条件之一：
(1)所述沸石粒子中的硅和铝的质量比大于20；
(2)所述沸石粒子的平均粒径大于0.1μm。
3.根据权利要求1所述的吸音材料，其特征在于，
所述炭基粘结剂采用有机聚合物通过炭化处理制备得到。
4.根据权利要求1所述的吸音材料，其特征在于，所述炭基粘结剂至少满足如下条件之一：
(1)所述炭基粘结剂的表面还含有氟元素；
(2)所述炭基粘结剂的表面还含有过渡金属离子；
(3)所述炭基粘结剂在所述吸音材料中的质量占比为1％～50％。
5.根据权利要求1～4任一项所述的吸音材料，其特征在于，所述吸音材料至少满足如下条件之一：
(1)所述吸音材料包括：球形颗粒、类球形颗粒、方块形吸音块以及不规则形状吸音块中的一种或多种；
(2)所述吸音材料包括球形颗粒，所述球形颗粒的尺寸为100～2000μm；
(3)所述吸音材料的密度为0.2～0.9g/mL；
(4)所述吸音材料的比表面积大于250m2/g；
(5)所述吸音材料包括介孔和微孔结构，所述介孔和微孔结构的总孔容积大于0.2mL/g。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的吸音材料的制备方法，其特征在于，包括：
制备炭基粘结剂的前驱体溶液，所述前驱体溶液至少包括：有机聚合物和溶剂；
将所述前驱体溶液与沸石粉体混合，制备悬浊液；
将所述悬浊液烘干，并对烘干后的产物进行炭化处理，制备所述吸音材料。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述有机聚合物包括含氟有机聚合物；
可选地，所述含氟有机聚合物包括：聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚五氟丙乙烯、氟化乙丙共聚物、全氟烷氧基树脂、聚氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯和六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法至少满足如下条件之一：
(1)制备所述悬浊液的混合时间为1h～6h；
(2)所述烘干的温度为40℃～80℃，时间为2h～24h；
(3)所述炭化处理在惰性气体中进行，且所述炭化处理的温度为600℃～1200℃，时间为2～6h。
9.根据权利要求6～8任一项所述的方法，其特征在于，所述前驱体溶液还包括：过渡金属离子前驱体和造孔剂中的至少一种，且所述有机聚合物、所述过渡金属离子前驱体和造孔剂的质量比为(70～100):(0～15):(0～15)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述有机聚合物在所述前驱体溶液中的质量占比为70％～90％，所述过渡金属离子前驱体在所述前驱体溶液中的质量占比为5％～15％，所述造孔剂在所述前驱体溶液中的质量占比为5％～15％。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述过渡金属离子前驱体包括：铬离子、锰离子、铁离子、钴离子、镍离子、铜离子和锌离子的氯盐或金属有机化合物中至少一种；
和/或，
所述造孔剂包括：碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钠等盐类或聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。
12.根据权利要求6～8任一项所述的方法，其特征在于，
所述溶剂包括甲苯、丙酮、二氯甲烷、四氢呋喃、1,4-二氧六环、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜中的至少一种。
13.一种发声装置，其特征在于，包括：
发声单体、外壳和如权利要求1～5任一项所述的吸音材料；
所述发声单体设于所述外壳内并与所述外壳配合限定出前声腔和后声腔，所述吸音材料填充于所述后声腔和/或所述前声腔内。
14.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求13所述的发声装置。
15.一种炭基粘结剂，其特征在于，所述炭基粘结剂采用前驱体溶液通过炭化处理制备得到，所述前驱体溶液包括：有机聚合物、溶剂，以及过渡金属离子前驱体和造孔剂中的至少一种。
16.根据权利要求15所述的炭基粘结剂，其特征在于，所述有机聚合物包括：含氟有机聚合物；
可选地，所述含氟有机聚合物包括：聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚五氟丙乙烯、氟化乙丙共聚物、全氟烷氧基树脂、聚氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯和六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物中的至少一种。
17.根据权利要求15或16所述的炭基粘结剂，其特征在于，
所述有机聚合物、所述过渡金属离子前驱体和造孔剂的质量比为(70～100):(0～15):(0～15)；
可选地，所述有机聚合物在所述前驱体溶液中的质量占比为70％～90％，所述过渡金属离子前驱体在所述前驱体溶液中的质量占比为5％～15％，所述造孔剂在所述前驱体溶液中的质量占比为5％～15％。
18.根据权利要求15或16所述的炭基粘结剂，其特征在于，
所述炭基粘结剂的堆积密度为0.2g/mL～0.8g/mL，碳元素原子百分比为70％～99％，氟元素原子百分比为1％～30％。
19.一种如权利要求15～18任一项所述的炭基粘结剂在制备吸音材料中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311146403.2A CN117316134A (zh) | 2023-09-07 | 2023-09-07 | 吸音材料及其制备方法、装置、设备、炭基粘结剂及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication Number | Publication Date |
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