CN205320251U - 发声元件及采用该发声元件的扬声器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种发声元件，其包括：一基底；一设置于该基底表面的碳纳米管膜；以及一设置于该基底表面的第一电极，该第一电极包括多个间隔设置的第一金属丝，且所述碳纳米管膜设置于该多个第一金属丝与基底之间；一设置于该基底表面的第二电极，该第二电极包括多个间隔设置的第二金属丝，且所述碳纳米管膜设置于该多个第二金属丝与基底之间；其中，每个第一金属丝和第二金属丝的两端均通过卡固的方式设置于该基底上。进一步本实用新型还涉及采用该发声元件的扬声器。由于作为电极的金属丝通过卡固的方式设置于该基底上，因此，所述金属丝可以方便地从基底上拆卸下来，以便更换碳纳米管膜。

Description

发声元件及采用该发声元件的扬声器

技术领域

本实用新型涉及一种扬声器，尤其涉及一种基于碳纳米管的扬声器。

背景技术

扬声器一般由信号输入端口和发声元件组成。通过信号输入端口输入信号给发声元件，从而使该发声元件进而发出声音。现有的发声元件种类很多，如电动式、电磁式、静电式及压电式，它们大都采用振膜振动发出声音，结构较为复杂。早在二十世纪初，即有人提出了一种基于热致发声效应（热声效应）的扬声器的构想，请参见文献“Thethermophoneasaprecisionsourceofsound”,H.D.Arnold,I.B.Crandall,Phys.Rev.10,22-38(1917)。所述热声效应的扬声器其采用一铂片作发声元件，该发声元件的厚度为0.7微米，通过一夹具固定于基体的表面。一电流引线与所述发声元件电连接，用于向所述发声元件输入电信号。

当交流电通过铂片时，随交变电流强度的变化，该铂片可迅速升降温，并和周围介质迅速发生热交换，周围介质的密度也随之发生变化，进而通过介质分子运动发出声波。由于发声元件的发声频率与其单位面积热容密切相关，单位面积热容大，则发声频率范围越窄，强度越低；单位面积热容越小，则发声频率范围越宽，强度越高。欲获得具有较宽发声频率范围及较大强度的声波，则要求发声元件的单位面积热容越小越好。然而，金属铂片受材料本身的限制，其厚度最小只能达到0.7微米，而0.7微米厚的铂片的单位面积热容仅为2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文。由于受材料单位面积热容的限制，所述发声元件的发声频率最高仅可到4千赫兹，且发声强度较低。

申请人公开了一种应用热声效应的碳纳米管扬声器，请参见文献“Flexible,Stretchable,TransparentCarbonNanotubeThinFilmLoudspeakers”，范守善etal.,NanoLetters,Vol.8(12),4539-4545(2008)。该扬声器采用碳纳米管膜作为发声元件，由于碳纳米管膜具有极大的比表面积及极小的单位面积热容，该扬声器可发出人耳能够听到的强度的声音，且具有较宽的发声频率范围(100Hz~100kHz)。由于碳纳米管膜中的碳纳米管之间仅通过范德华力结合，碳纳米管膜的抗拉伸强度较小，容易被外力破坏。因此，使用时通常将该碳纳米管膜设置于一基板的表面，然后在碳纳米管膜表面设置电极。然而，该电极通常是印刷在碳纳米管膜表面的导电浆料或通过粘结剂固定在基板表面的导电体。由于电极与基板难以分离，导致当碳纳米管膜发生破裂后，更换碳纳米管膜非常不便。

实用新型内容

有鉴于此，确有必要提供一种可方便更换碳纳米管膜的发声元件以及采用该发声元件的扬声器。

一种发声元件，其包括：一基底，该基底具有一第一表面以及一与该第一表面相对的第二表面；一设置于该基底第一表面的碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个沿着第一方向延伸的碳纳米管；以及一设置于该基底第一表面且与该碳纳米管膜电连接的第一电极，该第一电极包括多个间隔设置，沿着不同于所述第一方向的第二方向延伸且相互电连接的第一金属丝，且所述碳纳米管膜设置于该多个第一金属丝与基底之间；一设置于该基底第一表面且与该碳纳米管膜电连接的第二电极，该第二电极包括多个间隔设置，沿着该第二方向延伸且相互电连接的第二金属丝，该多个第二金属丝与多个第一金属丝交替间隔设置形成一对叉齿电极，且所述碳纳米管膜设置于该多个第二金属丝与基底之间；其中，每个第一金属丝和第二金属丝的两端均通过卡固的方式设置于该基底上。

进一步，所述基底具有多个间隔设置的第一开孔以及多个间隔设置的第二开孔；所述第一开孔和第二开孔分别设置于靠近该基底相对的两边的位置且与该多个第一金属丝和第二金属丝的端部对应设置；每个第一金属丝和第二金属丝的第一端均分别插入其中一个第一开孔中，每个第一金属丝和第二金属丝的第二端均分别插入其中一个第二开孔中。

进一步，所述第一开孔和第二开孔为从第一表面延伸至第二表面的通孔；每个第一金属丝和第二金属丝的第一端均分别穿过对应的第一开孔并固定于所述第二表面上，每个第一金属丝和第二金属丝的第二端均分别穿过对应的第二开孔并固定于所述第二表面上。

进一步，所述第一电极还包括一设置于所述基底的第二表面的第一连接部件，且该第一连接部件分别与该多个第一金属丝的第一端电连接；所述第二电极还包括一设置于所述基底的第二表面的第二连接部件，且该第二连接部件分别与该多个第二金属丝的第二端电连接。

进一步，所述第一连接部件包括一延第一方向延伸的第一金属片，该第一金属片具有多个间隔设置且与该多个第一金属丝的第一端对应设置的第三开孔，该多个第一金属丝的第一端分别插入该多个第三开孔中；所述第二连接部件包括一延第一方向延伸的第二金属片，该第二金属片具有多个间隔设置且与该多个第二金属丝的第二端对应设置的第四开孔，该多个第二金属丝的第二端该分别插入多个第四开孔中。

进一步，所述第一连接部件包括一延第一方向延伸的第一金属导电体，该第一金属导电体具有多个间隔设置且与该多个第一金属丝的第一端对应设置的第一卡槽，该多个第一卡槽用于卡固该多个第一金属丝的第一端；所述第二连接部件包括一延第一方向延伸的第二金属导电体，该第二金属导电体具有多个间隔设置且与该多个第二金属丝的第二端对应设置的第二卡槽，该多个第二卡槽用于卡固该多个第二金属丝的第二端。

进一步，所述第二方向垂直于该第一方向；所述多个碳纳米管在该第一方向上通过范德华力首尾相连。

一种扬声器，其包括一支撑壳体，设置于该支撑壳体内的功放电路和可充电电池以及一设置于该支撑壳体上的发声元件；所述可充电电池通过该功放电路分别与所述第一电极和第二电极电连接；其中，所述发声元件为上述的发声元件。

进一步，所述支撑壳体的外表面具有一与该发声元件的基底一边相配合的凹槽，使该发声元件可拆卸式插入该凹槽中。

进一步，所述支撑壳体包括一第一基板、一与该第一基板平行设置的第二基板以及一连接该第一基板和第二基板的第三基板；所述第一基板、第二基板以及第三基板形成一截面为U形的壳体；所述第一基板具有与该发声元件的基底一边相配合的凹槽。

相较于现有技术，本实用新型提供的发声元件，由于作为电极的第一金属丝和第二金属丝通过卡固的方式设置于该基底上，因此，所述第一金属丝和第二金属丝可以方便地从基底上拆卸下来，以便更换碳纳米管膜。更换碳纳米管膜之后所述第一金属丝和第二金属丝可以方便地安装上去。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的扬声器的结构示意图。

图2为图1的扬声器沿线II-II的剖视图。

图3为图1的扬声器的发声元件沿线III-III的剖视图。

图4为图1的扬声器的发声元件的后视图。

图5为本实用新型实施例的发声元件采用的碳纳米管膜的扫描电镜照片。

主要元件符号说明

扬声器	10
		支撑壳体	12
第一基板	120
		第三基板	122
第二基板	124
		凹槽	126
第一金属丝	13
		第二端	132, 152
第一端	134, 154
		发声元件	14
第二金属丝	15
		基底	16
第一表面	161
		第二表面	162
第一开孔	163
		第二开孔	164
第一连接部件	17
		第三开孔	172
碳纳米管膜	18
		第二连接部件	19
第四开孔	192

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型提供的扬声器作进一步的详细说明。

请参阅图1-4，本实用新型实施例提供一种扬声器10，其包括一支撑壳体12以及一发声元件14。所述支撑壳体12用于支撑该发声元件14。所述发声元件14可拆卸式设置于该支撑壳体12上。

所述支撑壳体12的结构和形状不限，只要所述支撑壳体12的外表面具有一与该发声元件14一边相配合的凹槽126，使该发声元件14可以插入和拔出即可。所述所述支撑壳体12定义一空间，用于收容其它元件，例如功放电路和可电池等。所述支撑壳体12的材料可以为金属、陶瓷、聚合物、木头、或玻璃等。

本实施例中，所述支撑壳体12的材料为有机玻璃。所述支撑壳体12包括一第一基板120、一与该第一基板120平行设置的第二基板124以及一连接该第一基板120和第二基板124的第三基板122。所述第一基板120、第二基板124以及第三基板122形成一截面为U形的壳体。所述第二基板124的外表面具有一与该发声元件14一边相配合的凹槽126。所述支撑壳体12内设置有功放电路和可充电电池，且所述可充电电池通过该功放电路与所述发声元件14电连接。优选地，所述发声元件14插入所述凹槽126后与该第二基板124之间的夹角大于45度小于等于90度。

所述发声元件14包括一基底16、一设置于该基底16表面的碳纳米管膜18以及多个交替且间隔设置的第一金属丝13和第二金属丝15。所述基底具有一第一表面161以及一与该第一表面161相对的第二表面162。所述碳纳米管膜18设置于该基底16第一表面161且包括多个沿着第一方向延伸的碳纳米管。所述多个第一金属丝13和多个第二金属丝15也设置于该基底16第一表面161且沿着不同于所述第一方向的第二方向延伸。优选地，所述第二方向垂直于该第一方向。所述碳纳米管膜18设置于该多个第一金属丝13和第二金属丝15与基底16之间。所述多个第一金属丝13和多个第二金属丝15分别与该碳纳米管膜18接触并电连接。所述多个第一金属丝13相互电连接从而形成一第一电极。所述多个第二金属丝15相互电连接从而形成一第二电极。所述第一电极和第二电极形成一对叉齿电极。所述多个第一金属丝13之间相互电连接的方式不限，可以通过一设置于该基底16第二表面162的第一连接部件17，也可以通过专门的导线连接。所述多个第二金属丝15之间相互电连接的方式不限，可以通过一设置于该基底16第二表面162的第二连接部件19，也可以通过专门的导线连接。

所述基底16可以为一曲面型或平面型的结构。该基底16主要起支撑的作用，其可以为透明或不透明。该基底16可以由硅片、陶瓷、玻璃、石英、金刚石、金属氧化物或塑料等硬性材料或柔性材料形成。具体地，所述柔性材料可选择为聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯（PE）、聚酰亚胺（PI）或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯材料，或聚醚砜(PES)、纤维素酯、聚氯乙烯(PVC)、苯并环丁烯(BCB)或丙烯酸树脂等材料。形成所述基底16的材料并不限于上述列举的材料，只要能使基底16起到支撑的作用。所述基底16的形状、尺寸和厚度可以根据实际需要选择。本实施例中，所述基底16为一有机玻璃板。

所述多个第一金属丝13和多个第二金属丝15的两端以卡固的方式设置于该基底16上。因此，所述第一金属丝13和第二金属丝15可以方便地从基底16上拆卸下来。所述多个第一金属丝13和多个第二金属丝15的两端与该基底16卡固的方式不限，可以为在该基底16上设置与该多个第一金属丝13和多个第二金属丝15的两端对应的开孔或卡槽。例如，在该基底16相对的两边缘分别形成锯齿形凹槽。

请参见图4，在一个是实例中，所述基底16具有多个间隔设置的第一开孔163以及多个间隔设置的第二开孔164。所述第一开孔163和第二开孔164分别设置于靠近该基底16相对的两边的位置且与该多个第一金属丝13和第二金属丝15的端部对应设置。每个第一金属丝13和第二金属丝15的第一端134，154均分别插入其中一个第一开孔163中，每个第一金属丝13和第二金属丝15的第二端132，152均分别插入其中一个第二开孔164中。所述第一开孔163和第二开孔164可以为盲孔，也可以为通孔。本实施例中，所述第一开孔163和第二开孔164为从第一表面161延伸至第二表面162的通孔。每个第一金属丝13和第二金属丝15的第一端134，154均分别穿过对应的第一开孔163并固定于所述第二表面162上，每个第一金属丝13和第二金属丝15的第二端132，152均分别穿过对应的第二开孔164并固定于所述第二表面162上。

进一步，所述基底16的第二表面设置有第一连接部件17和第二连接部件19。所述第一连接部件17分别与该多个第一金属丝13的第二端132电连接。所述第二连接部件19分别与该多个第二金属丝15的第一端154电连接。在一个是实例中，所述第一连接部件17包括一延第一方向延伸的第一金属片，该第一金属片具有多个间隔设置且与该多个第一金属丝13的第二端对应设置的第三开孔172，该多个第一金属丝13的第二端132分别插入该多个第三开孔172中。所述第二连接部件19包括一延第一方向延伸的第二金属片，该第二金属片具有多个间隔设置且与该多个第二金属丝15的第一端154对应设置的第四开孔192，该多个第二金属丝15的第一端154分别插入多个第四开孔192中。可以理解，所述第三开孔172和第四开孔192可以穿透该第一连接部件17和第二连接部件19并延伸至所述基底16内部。所述可充电电池通过该功放电路分别与所述第一金属片和第二金属片电连接。

在另一个是实例中，所述第一连接部件17包括一延第一方向延伸的第一金属导电体，该第一金属导电体具有多个间隔设置且与该多个第一金属丝13的第二端132对应设置的第一卡槽（图未示），该多个第一卡槽用于卡固该多个第一金属丝13的第二端132。所述第二连接部件19包括一延第一方向延伸的第二金属导电体，该第二金属导电体具有多个间隔设置且与该多个第二金属丝15的第一端154对应设置的第二卡槽（图未示），该多个第二卡槽用于卡固该多个第二金属丝15的第一端154。

所述第一金属丝13和第二金属丝15的材料不限，可以为金、银、铜、铁、铝、镍等或其合金。所述第一金属丝13和第二金属丝15的直径不限，优选地，直径为0.1微米-1微米。本实施例中，所述第一金属丝13和第二金属丝15为直径1微米的铜丝。

所述碳纳米管膜18为一自支撑结构。所谓“自支撑结构”即该碳纳米管膜18无需通过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状。该自支撑结构的碳纳米管膜18包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力相互吸引，从而使碳纳米管膜18具有特定的形状。所述碳纳米管膜18中的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米~50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0纳米~50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米~50纳米。所述碳纳米管的长度不限，优选地，碳纳米管的长度大于100微米。该碳纳米管膜18可以为面状或线状结构。由于该碳纳米管膜18具有自支撑性，故该碳纳米管膜18在不通过支撑体支撑时仍可保持面状或线状结构。由于该碳纳米管膜18中的碳纳米管具有很好的柔韧性，使得该碳纳米管结构具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。所述碳纳米管膜18具有较大的比表面积，从而具有与基底16接触的表面积较大。所述碳纳米管膜18的单位面积热容小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文，优选地，所述碳纳米管膜18的单位面积热容小于或等于1.7×10^-6焦耳每平方厘米开尔文。

请参阅图5，本实施例中，所述碳纳米管膜为从碳纳米管阵列中直接拉取获得的一种具有自支撑性的碳纳米管膜。每一碳纳米管膜包括多个碳纳米管基本沿同一方向排列，且该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连。所谓基本沿同一方向排列是指大部分碳纳米管的轴向基本沿同一方向延伸。所述多个碳纳米管基本平行于碳纳米管膜表面。具体地，每一碳纳米管膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米管片段具有任意的形状、宽度、厚度以及均匀性。所述碳纳米管膜的厚度为0.5纳米~100微米，宽度与拉取出该碳纳米管膜的碳纳米管阵列的尺寸有关，长度不限。所述碳纳米管膜及其制备方法具体请参见申请人于2007年2月9日申请的，于2008年8月13日公开的第CN101239712A号中国公开专利申请“碳纳米管膜结构及其制备方法”。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本实用新型申请技术揭露的一部分。

本实用新型提供的发声元件，由于作为电极的第一金属丝13和第二金属丝15通过卡固的方式设置于该基底16上，因此，所述第一金属丝13和第二金属丝15可以方便地从基底16上拆卸下来，以便更换碳纳米管膜18。更换碳纳米管膜18之后所述第一金属丝13和第二金属丝15可以方便地安装上去。

另外，本领域技术人员还可在本实用新型精神内做其他变化，当然，这些依据本实用新型精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种发声元件，其包括：

一基底，该基底具有一第一表面以及一与该第一表面相对的第二表面；

一设置于该基底第一表面的碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个沿着第一方向延伸的碳纳米管；以及

一设置于该基底第一表面且与该碳纳米管膜电连接的第一电极，该第一电极包括多个间隔设置，沿着不同于所述第一方向的第二方向延伸且相互电连接的第一金属丝，且所述碳纳米管膜设置于该多个第一金属丝与基底之间；

一设置于该基底第一表面且与该碳纳米管膜电连接的第二电极，该第二电极包括多个间隔设置，沿着该第二方向延伸且相互电连接的第二金属丝，该多个第二金属丝与多个第一金属丝交替间隔设置形成一对叉齿电极，且所述碳纳米管膜设置于该多个第二金属丝与基底之间；

其特征在于，每个第一金属丝和第二金属丝的两端均通过卡固的方式设置于该基底上。

2.如权利要求1所述的发声元件，其特征在于，所述基底具有多个间隔设置的第一开孔以及多个间隔设置的第二开孔；所述第一开孔和第二开孔分别设置于靠近该基底相对的两边的位置且与该多个第一金属丝和第二金属丝的端部对应设置；每个第一金属丝和第二金属丝的第一端均分别插入其中一个第一开孔中，每个第一金属丝和第二金属丝的第二端均分别插入其中一个第二开孔中。

3.如权利要求2所述的发声元件，其特征在于，所述第一开孔和第二开孔为从第一表面延伸至第二表面的通孔；每个第一金属丝和第二金属丝的第一端均分别穿过对应的第一开孔并固定于所述第二表面上，每个第一金属丝和第二金属丝的第二端均分别穿过对应的第二开孔并固定于所述第二表面上。

4.如权利要求3所述的发声元件，其特征在于，所述第一电极还包括一设置于所述基底的第二表面的第一连接部件，且该第一连接部件分别与该多个第一金属丝的第一端电连接；所述第二电极还包括一设置于所述基底的第二表面的第二连接部件，且该第二连接部件分别与该多个第二金属丝的第二端电连接。

5.如权利要求4所述的发声元件，其特征在于，所述第一连接部件包括一延第一方向延伸的第一金属片，该第一金属片具有多个间隔设置且与该多个第一金属丝的第一端对应设置的第三开孔，该多个第一金属丝的第一端分别插入该多个第三开孔中；所述第二连接部件包括一延第一方向延伸的第二金属片，该第二金属片具有多个间隔设置且与该多个第二金属丝的第二端对应设置的第四开孔，该多个第二金属丝的第二端该分别插入多个第四开孔中。

6.如权利要求4所述的发声元件，其特征在于，所述第一连接部件包括一延第一方向延伸的第一金属导电体，该第一金属导电体具有多个间隔设置且与该多个第一金属丝的第一端对应设置的第一卡槽，该多个第一卡槽用于卡固该多个第一金属丝的第一端；所述第二连接部件包括一延第一方向延伸的第二金属导电体，该第二金属导电体具有多个间隔设置且与该多个第二金属丝的第二端对应设置的第二卡槽，该多个第二卡槽用于卡固该多个第二金属丝的第二端。

7.如权利要求1所述的发声元件，其特征在于，所述第二方向垂直于该第一方向；所述多个碳纳米管在该第一方向上通过范德华力首尾相连。

8.一种扬声器，其包括一支撑壳体，设置于该支撑壳体内的功放电路和可充电电池以及一设置于该支撑壳体上的发声元件；所述可充电电池通过该功放电路分别与所述第一电极和第二电极电连接；其特征在于，所述发声元件为如权利要求1至7中任意一项所述的发声元件。

9.如权利要求8所述的扬声器，其特征在于，所述支撑壳体的外表面具有一与该发声元件的基底一边相配合的凹槽，使该发声元件可拆卸式插入该凹槽中。

10.如权利要求9所述的扬声器，其特征在于，所述支撑壳体包括一第一基板、一与该第一基板平行设置的第二基板以及一连接该第一基板和第二基板的第三基板；所述第一基板、第二基板以及第三基板形成一截面为U形的壳体；所述第一基板具有与该发声元件的基底一边相配合的凹槽。