CN204968090U - 一种用于微型传声器中的振膜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微型传声器产品技术领域，特指一种用于微型传声器中的振膜。该用于微型传声器中的振膜包括：压电驻极体层以及附着在压电驻极体层上下表面的薄膜层，所述的压电驻极体层采用蜂窝状的聚丙烯材料；所述的薄膜层采用的是碳纳米管薄膜。本实用新型采用上述技术方案后，首先，本实用新型中的薄膜层采用的是碳纳米管薄膜，其次，本实用新型中压电驻极体层采用的是蜂窝状的聚丙烯材料，这种采用经过加压后、释压膨胀，令原有的薄膜中原存的孔中气体膨胀，从而增加气孔的厚度。以提高振膜的使用效果，令传声效果更佳。

Description

一种用于微型传声器中的振膜

技术领域：

本实用新型涉及微型传声器产品技术领域，特指一种用于微型传声器中的振膜。

背景技术：

常见的微型传声器一般是电容传声器居多，例如：电容传声器、驻极体电容传声器、MEMS硅传声器、压电传声器、铁电传声器、压电驻极体传声器等。但也有动磁平面线圈传声器，则属于将原来的动圈传声器改变，而将线圈从“动”而变为“固定”且做成平面线圈，磁体则以磁粉的形式涂敷于平面的振膜上，当外来信号作用时，磁体运动而在平面线圈中产生电动势，以完成声-电转换的作用。

对于平面膜振动的微型传声器膜振动模式，常见的有以下几种：

1、四周固定的圆(方)膜振动模式。

这种振膜使用全面涂敷、复盖磁粉形式的柔软均质膜的振动。

振膜的谐振基频由下述公式给出。其中R为圆膜的半径，T为膜的张力，m为膜的质量。

$f_0=\frac{0.382}{R}\sqrt{\frac{T}{m}}$

若该系统是方形膜，则其谐振基频为：

$f_0=\frac{0.705}{a}\sqrt{\frac{T}{m}}$

其中a为一边的长度，T为膜的张力，

其中a、b分别为两边的长度，T为膜的张力，m为膜的质量。

2、四周固定的圆(方)膜，其内部有刚性薄振动片(层)粘附于柔性膜上，振动片是作平板振动的振动模式。这也可以看作是由柔性膜以弹性连接的方式连接刚性薄振动片(层)，刚性薄振动片(层)作平板振动。这样，柔性膜的弹性则决定了振动片作平板振动的振动特性。

3、柔性膜上涂敷不同材质材料形成非均质膜，膜片作较复杂的振动。

这种振膜是涂敷不同材质材料形成非均质膜，由于涂敷不同材质材料形成的非均质膜，则膜片作较复杂的振动。利用数理方法中的膜振动方程来求其解析解是复杂、麻烦的，但用边界元、有限元的方法来求解是可行的。而且也有现成的软件程序可用。对于在不同区域、不同形状涂敷材料形成的非均质膜，用有限元的方法来求解也是可行的。

4、刚性薄振动片(层)作悬臂振动。

刚性薄振动片(层)是无张力的，它的一端固定，其回复力则由刚性薄振动片(层)或由该材质形成折皱波纹结构的劲度所引起的，刚性薄振动片(层)作悬臂振动。这在MEMS硅传声器中常见。

5、刚性薄振动片上的柔性薄膜层平面受垂直于平面外力作用后的振动。在利用新型材料(压电驻极体材料)制成的传声器中，它是在刚性薄振动片上，涂敷有柔性的压电驻极体材料薄膜层，该柔性的压电驻极体材料薄膜层平面受垂直于平面外力作用后的振动。

6、常见的压电体、压电材料薄膜形成的振动。

常见的微型传声器振膜的材质的讨论，包含有平面膜本身的基材材质和涂敷于基材上的功能性材料的材质。常见的微型传声器振膜所用的普通材料有以下几种：有机高分子材料薄膜，例如：PET膜、PPS膜、PP膜、FEP膜、PEEK膜等；无机材料薄膜，例如：硅膜、氧化硅膜、氮化硅膜等；金属膜，例如金：膜、鈦膜等，另外，还有使用压电、铁电、鉄磁材料的振膜。常用的压电材料是鋯钛酸铅(PZT)及其薄膜，但由于它是含铅的，不能满足环保要求，因而会受到一定的限制。有机高分子压电材料薄膜常使用PVDF薄膜，它不仅在常见的微型传声器中使用，在扬声器中也有应用。近年来，对新型压电材料的开发，更是不断更新，例如：压电MEMS硅传声器。铁电材料在常见的微型传声器MEMS硅传声器中己有样品，清华大学等单位己成功的完成采用悬臂梁式的MEMS硅传声器研制了。铁磁材料(包括稀土铁磁材料及其薄膜)在常见的微型传声器的应用，尤其是在动磁平面线圈传声器的研制中，更为大家所关注。

利用驻极体材料，尤其是驻极体材料薄膜已经是广为各生产公司采用并大量生产了，其生产量也很大。但是，把驻极体用作传声器，无论在驻极体的性质上或传声器的构造上、性能上都是比较容易的。但是将其用作大功率扬声器时，如果不从设计或构造角度上来考虑，实用化是有困难的。

压电驻极体材料压电高聚物的PVDF(聚偏氟乙烯)，是目前最好的压电高分子聚合物，但是其压电系数在传声器的音频范围内仍存在一定的局限。

另外，最近清华大学研究发现，碳纳米管薄膜在有音频电流通过时会有类似于扬声器的功能，将其作为振膜会在扬声器制造上开创新方向。

本发明人经过不断的研究，并结合目前的技术，提出了一种新的用于微型传声器的振膜技术方案。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题就在于结合目前的技术，提供一种用于微型传声器的振膜，该振膜相对于目前的振膜具有更好的传声效果。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了下述技术方案：该用于微型传声器中的振膜包括：压电驻极体层以及附着在压电驻极体层上下表面的薄膜层，所述的压电驻极体层采用蜂窝状的聚丙烯材料；所述的薄膜层采用的是碳纳米管薄膜。

进一步而言，上述技术方案中，于所述位于压电驻极体层上表面的薄膜层的表面还附着有一层保护层。

进一步而言，上述技术方案中，所述的压电驻极体层的厚度为50-100um。

进一步而言，上述技术方案中，所述的压电驻极体层中微孔呈透镜状，并且微孔的厚度为：8-15um。

进一步而言，上述技术方案中，所述的压电驻极体层是通过将带孔的高聚物聚丙烯薄膜置于一个密封压力容器中加压，然后再将容器中压力降低至常压，使薄膜中原存的孔中气体膨胀，形成蜂窝聚丙烯材料。

进一步而言，上述技术方案中，所述的保护层的采用聚酰亚胺，其厚度为50-100um。

进一步而言，上述技术方案中，所述的振膜通过机械模压处理方式在其表面形成有花纹。

进一步而言，上述技术方案中，所述的花纹呈“八”字形。

本实用新型采用上述技术方案后，首先，本实用新型中的薄膜层采用的是碳纳米管薄膜，将碳纳米管薄膜应用在传声器的振膜材料中是利用了热声效应。由于碳纳米管薄膜具有非常小的单位面积热容，使得这种热声效应非常强，可以发出很响的声音。其频响很宽(100Hz～100KHz)，其厚度只有几十纳米，具有透明、耐弯曲、可拉伸、无磁、且可任意裁剪成各种形状，并可悬空或铺在任意形状的绝缘底座上，更有潜力的是可以制成可穿戴的衣服之类以物品。

其次，本实用新型中压电驻极体层采用采用的是蜂窝状的聚丙烯材料，这种采用经过加压后、释压膨胀，令原有的薄膜中原存的孔中气体膨胀，从而增加气孔的厚度。当期充电后具有很高的压电特性，特别是这种材料的压电系数d33在声频范围内达到150Pc/N，这几乎是目前最好的压电高聚物的PVDF的25倍。

最后，本实用新型中的振膜材料上通过机械模压成型的方式形成有“八”字形的花纹，以提高振膜的使用效果，令传声效果更佳。

附图说明：

图1是本实用新型的剖面结构示意图；

图2是本实用新型中薄膜层膨胀或的剖面结构示意图；

图3是本实用新型的表面花纹的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步说明。

见图1所示，本实用新型为一种用于微型传声器中的振膜，该振膜1包括：压电驻极体层11以及附着在压电驻极体层11上下表面的薄膜层12，所述的压电驻极体层11采用蜂窝状的聚丙烯材料；所述的薄膜层12采用的是碳纳米管薄膜。于所述位于压电驻极体层11上表面的薄膜层12的表面还附着有一层保护层13。

见图2所示，所述的压电驻极体层11是通过将带孔的高聚物聚丙烯薄膜置于一个密封压力容器中加压，然后再将容器中压力降低至常压，使薄膜中原存的孔中气体膨胀，形成蜂窝聚丙烯材料。经过膨胀后的压电驻极体层11的厚度为50-100um，并且其中的中微孔110呈透镜状，并且微孔110的厚度为：8-15um。经过测试，微孔110的孔隙也由原来的5μm的厚度经过膨胀可增至10μm的厚度。膨胀后在压电系数d33在声频范围内最高可达到420Pc/N，比未膨胀样品变大了3倍，大大提高了产品的声频范围。

所述的薄膜层12的碳纳米管薄膜可采用涂布的方式附着在压电驻极体层11的表面，即将碳纳米管粉末材料通过溶剂混合后，然后涂布在压电驻极体层11的表面的即可。

为了保护表面的薄膜层12，在位于上表面的薄膜层12的表面还附着有一层保护层13，该保护层13可采用聚酰亚胺，其厚度为50-100um。聚酰亚胺(PI)是目前工程用塑料中具有较好的抗疲劳性能，并且其力学性能、难燃性、尺寸稳定性、电性能都好，成型收缩率小，耐油、一般酸和有机溶剂，不耐碱，有优良的耐摩擦，磨耗性能，所以作为本实用新型传声器振膜1的保护层是非常适合的。

见图3所示，在制作完本实用新型所述的振膜1后，可通过机械模压处理方式在其表面形成有花纹10。本实施例中，花纹10具有以下特征：

A、表面花纹10呈“八”字型，构成一个“八”字型花纹中其中一个单体的横向间距约为30微米。

B、单体纹宽约30微米，长度约40-60微米。

C、两个“八”字型纹之间间距约为15微米。

D、“八”字型花纹10整个宽约120微米。

通过上述花纹10的设置，可以提高振膜1的使用效果，令传声效果更佳。

当然，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并非来限制本实用新型实施范围，凡依本实用新型申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。

Claims (7)

1.一种用于微型传声器中的振膜，其包括：该振膜(1)包括：压电驻极体层(11)以及附着在压电驻极体层(11)上下表面的薄膜层(12)，其特征在于：所述的压电驻极体层(11)采用蜂窝状的聚丙烯材料；所述的薄膜层(2)采用的是碳纳米管薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种用于微型传声器中的振膜，其特征在于：于所述位于压电驻极体层(11)上表面的薄膜层(12)的表面还附着有一层保护层(13)。

3.根据权利要求1所述的一种用于微型传声器中的振膜，其特征在于：所述的压电驻极体层(11)的厚度为50-100um。

4.根据权利要求3所述的一种用于微型传声器中的振膜，其特征在于：所述的压电驻极体层(11)中微孔呈透镜状，并且微孔的厚度为：8-15um。

5.根据权利要求2所述的一种用于微型传声器中的振膜，其特征在于：所述的保护层(13)的采用聚酰亚胺，其厚度为50-100um。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种用于微型传声器中的振膜，其特征在于：所述的振膜(1)表面形成有花纹。

7.根据权利要求6所述的一种用于微型传声器中的振膜，其特征在于：所述的花纹呈“八”字形。