KR20090127061A - 음향발생장치와, 이 음향발생장치를 이용한 음향전송시스템, 전자기파신호 검출방법 및, 검출장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 음향발생장치는, 전자기파신호 입력장치와, 상기 전자기파신호 입력장치와 대응되면서 간격을 두고 설치된 음향발생소자를 구비한다. 상기 음향발생소자는 탄소 나노튜브구조를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브구조는 상기 전자기파신호 입력장치가 방사한 신호를 수신하여 음파를 방출한다.

Description

음향발생장치와, 이 음향발생장치를 이용한 음향전송시스템, 전자기파신호 검출방법 및, 검출장치{SOUND EMITTING DEVICE, ACOUSTIC TRANSMITTING SYSTEM USING THE SOUND EMITTING DEVICE, METHOD AND DEVICE FOR DETECTING ELECTROMAGNETIC SIGNAL}
본 발명은 음향발생장치에 관한 것으로, 특히 탄소 나노튜브에 의한 음향발생장치와, 이 음향발생장치를 이용한 음향전송시스템, 전자기파신호 검출방법 및, 검출장치에 관한 것이다.
음향발생장치는 일반적으로 신호입력장치 및 음향발생소자로 구성되고, 신호입력장치에 의해 음향발생소자에 전기신호를 제공함으로써 소리를 방출한다. 음향발생소자로서 일반적으로 확성기를 사용한다. 확성기는 전기신호를 음향신호로 변환시키는 전기음향장치(electroacoustic device)이다. 즉, 확성기는 변환기를 통해 일정한 범위 내의 오디오(audio)신호를 왜곡(distortion)이 작고 충분한 음압레벨(SPL)을 갖는 가청(可聽) 소리로 변환시킨다.
확성기의 종류는 매우 많다. 비록 이러한 확성기들의 작동방식이 다르기는 하지만, 모두 기계적 진동을 통해 주위의 공기를 추동(推動)시키고, 이에 따라 공기매질에 파동이 발생되어 "전기(電氣)-힘(力)-소리"의 변환을 실현한다.
도 1은 종래 기술에 따른 동전형(動電型) 확성기(100)의 구조도이다. 상기 확성기는 일반적으로 보이스코일(Voice coil)(102), 자석(104) 및, 진동판(106) 등 3부분으로 구성된다. 상기 보이스코일(102)은 일반적으로 전기도체를 채용한다. 상기 보이스코일(102)에 오디오 전류신호를 입력하는 경우, 상기 보이스코일(102)은 전류가 흐르는 도체(Current Carrying Conductor)에 상당하게 된다. 전류가 흐르는 도체가 자기장(磁氣場, magnetic field) 중에서 힘을 받아 운동하는 원리를 기초로, 상기 보이스코일(102)은 상기 자석(104)이 발생시킨 자기장에서, 크기가 오디오 전류에 정비례되고 방향이 오디오 전류의 변화에 따라 변하는 힘을 받아 진동되는 한편, 상기 진동판(106)을 진동시킨다. 상기 진동판(106)이 진동됨에 따라, 상기 진동판(106) 앞뒤의 공기도 따라서 진동되어 전기신호를 음파(音波)로 변환시켜 주위로 복사시킨다. 그러나, 이러한 동전형 확성기(100)는 구조가 복잡하고, 또 자기장이 필요로 된다.
또한, 종래의 음향발생장치는 전기신호의 입력을 기본조건으로 하는 "전기-힘-소리"의 변환원리에 기초하여 작동하기 때문에, 전기가 없는 환경에서는 작동될 수가 없다.
광음향효과(Photoacoustic Effect)란, 물질에 일정한 주기로 변조되는 빛이 입사되면, 입사된 빛과 같은 주파수의 음향신호가 그 물질에서 발생되는 현상이다. 빛이 물질 내에 입사되면 분자들이 들뜬 상태로 되고, 이어서 이러한 상태의 분자들의 충돌에 의해 흡수된 광에너지의 전부 또는 일부가 열로 변환된다. 만약, 조사되는 빛이 주기적으로 변조되면, 물질 내에 주기적인 온도변화가 발생되고, 그 물질 및 그에 인접하는 매질에는 열팽창 또는 열수축에 의해 주기적으로 변환되는 응력(또는 압력)이 발생됨으로써 음향신호가 발생되는데, 이러한 음향신호를 광음향신호라고 한다. 광음향신호에 있어서, 주파수는 빛의 변조 주파수와 같고, 강도 및 위상(Phase)은 그 물질의 광학, 열학, 탄성 및 기하학적 특성을 결정한다. 현재, 광음향효과를 이용하여 제조한 광음향분광기(Photoacoustic Spectroscopy) 및 광음향현미경(Photoacoustic microscope)이 이미 물질의 구성요소의 분석 및 검출 등의 분야에서 널리 응용되고 있다. 예컨대, 종래의 광음향분광기는 광원, 시료실 및 신호검출기를 구비한다. 상기 광원으로서는 일반적으로 변조펄스 레이저광원 또는 연파 레이저광원을 사용하고, 상기 신호검출기로서는 일반적으로 마이크로폰(Microphone)을 사용한다. 상기 시료실에 검출할 시료를 넣어 놓는다. 상기 시료에 대해 한정하지 않는다. 예컨대, 시료로서는 기체시료, 액체시료, 고체분말 또는 생물시료와 같은 고체시료를 사용할 수 있다. 상기 레이저광원이 방사한 레이저빔으로 상기 시료실 내의 시료를 조사(照射)하면, 광음향효과 중에서 발생되는 음향에너지는 물질이 흡수하는 광에너지에 직접 정비례하여 다른 성분의 물질은 다른 광파의 파장에서 흡수 피크치(Peak Value)를 나타낸다. 이에 따라, 다중 스펙트럼(Multispectral) 또는 연파 스펙트럼을 갖는 광원의 다른 파장의 빛으로 시료를 조사하는 경우, 시료내의 다른 성분의 물질들은 각각의 흡수 피크치에 대응하는 파장에서 광음향신호의 최고치를 나타낸다. 상기 신호검출기는 상기 광음향신호에 대한 검출을 통해 상기 시료의 재료 종류를 판단한다.
그러나, 일반적인 재료는 광 흡수능력의 제한을 받아 발생되는 광음향신호의 강도가 약하고, 주파수의 범위가 메가헤르츠(Megahertz) 이상이므로, 마이크로폰 또는 압전(Piezoelectric)센서와 같은 에너지 변환장치를 통해야만 광에너지를 흡수할 수가 있다. 현재, 발생되는 음향신호가 직접 사람의 귀로 감지할 수 있도록 하는 광음향효과를 이용해서 제조한 음향발생장치를 사용하는 것은 아직 존재하지 않는다. 또한, 현재 광의(廣義)의 전자기파를 광음향효과에 응용하여 제조한 음향발생장치도 존재하지 않는다.
90년대초 이래, 탄소 나노튜브[Helical microtubules of graphitic carbon, Nature, Sumio Iijima, vol 354, p56(1991) 참고]를 비롯한 나노재료는 그 독특한 구조 및 성능으로 사람들의 주목을 받고 있다. 근래, 탄소 나노튜브 및 나노재료에 대한 연구가 계속됨에 따라, 그 응용 영역이 부단히 넓어지고 있다. 예컨대, 탄소 나노튜브가 독특한 전자기학, 광학, 역학(Mechanics) 및 화학 등의 특성을 갖고 있기 때문에, 전계방출원(Field Emission Source), 센서, 새로운 광학 재료 및 연강자성(Soft Ferromagnetic) 재료 등의 영역에 널리 응용되고 있다. 그러나, 종래 기술에 있어서 탄소 나노튜브를 음향학분야에 응용하는 것에 대해서는 발견하지 못하였다.
본 발명은, 구조가 간단하고, 자석(즉, 자기장) 및/또는 전기(즉, 전기장)가 없는 조건 하에서 작동되어 사람의 귀로 직접 감지할 수 있는 소리를 방출하는 음향발생장치와, 이 음향장치를 사용한 음향전송시스템, 전자기신호 검출방법 및, 검출장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 음향발생장치는, 전자기파신호 입력장치와, 상기 전자기파신호 입력장치와 대응되면서 간격을 두고 설치된 음향발생소자를 구비한다. 상기 음향발생소자는 탄소 나노튜브구조를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브구조는 상기 전자기파신호 입력장치가 방사한 전자기파신호를 수신하여 음파를 방출한다.
또한, 본 발명에 따른 음향발생장치는, 대량의 탄소 나노튜브를 포함하는 탄소 나노튜브구조를 포함하고, 상기 탄소 나노튜브구조가 전자기파신호를 수신하는 것을 통해 전자기파를 열(熱)로 변환시키고 주위의 매질의 밀도를 개변(改變)시켜 음파를 방출한다.
또한, 본 발명에 따른 음향전송시스템은, 음향신호를 전기신호로 변환하는 음향-전기 변환장치와, 상기 음향-전기 변환장치에 전기접속되고 상기 음향-전기 변환장치가 방사한 전기신호를 전자기파신호로 변환하는 전기(電)-파(波) 변환장치 와, 상기 전기-파 변환장치와 대응되면서 간격을 두고 설치된 음향발생소자를 구비하고, 상기 음향발생소자는 탄소 나노튜브구조를 포함하며, 상기 탄소 나노튜브구조는 상기 전자기파신호 입력장치가 방사한 신호를 수신하여 음파를 방출한다.
또한, 전자기파신호 검출방법은, 기본적으로 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하는 탄소 나노튜브구조를 제공하는 단계와, 상기 탄소 나노튜브구조가 전자기파신호를 수신하여 음파를 방출하도록 상기 탄소 나노튜브구조의 표면에 전자기파신호를 방사하는 전자기파신호원을 제공하는 단계와, 상기 탄소 나노튜브구조를 회전시켜 상기 탄소 나노튜브구조가 방출하는 음파의 강도를 기초로 상기 전자기파신호의 강도 및 편파(polarization)방향을 판단하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 전자기파신호 검출장치는, 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하고 전자기파신호를 수신하여 음파를 방출하는 탄소 나노튜브구조와, 상기 탄소 나노튜브구조 부근에 설치되고 상기 탄소 나노튜브구조가 발생시키는 음파를 전기신호로 변환하는 음향-전기 변환장치와, 상기 음향-전기 변환장치에 전기접속되고 상기 전자기파신호의 전압치를 측정하는 전압측정장치를 구비한다.
본 발명에 따른 음향발생장치 및 이 음향발생장치를 이용하는 음향전송 시스템은 다음과 같은 이점이 있다.
첫째, 상기 음향발생장치의 음향발생소자는 탄소 나노튜브구조만 포함하고, 자석 등과 같은 여타 구조를 필요로 하지 않기 때문에, 그 구조가 간단하고, 코스트를 절약할 수 있다.
둘째, 상기 음향발생장치는 신호입력에 의한 탄소 나노튜브구조의 온도 변화를 이용하여 주위의 공기를 신속히 팽창 또는 수축시켜 음파를 방출한다. 따라서, 상기 음향발생장치는 자기장(磁氣場)이 없는 환경에서 작동할 수 있다.
셋째, 탄소 나노튜브구조가 비교적 작은 열용량(heat capacity) 및 비교적 큰 비표면적을 가짐으로써, 상기 탄소 나노튜브구조는 승온속도가 빠르고, 열적 히스테리시스(thermal tsteresis)가 작으며, 열교환 속도가 빠른 특성을 갖는다. 따라서, 상기 탄소 나노튜브구조에 의해 구성된 음향발생장치는 광대역 스펙트럼(wide spectrum) 범위(1Hz∼100kHz)의 소리를 방출할 수 있고, 음향발생 효과도 우수하다.
넷째, 탄소 나노튜브가 우수한 기계적 강도 및 인성을 가짐으로써 상기 탄소 나노튜브에 의해 구성된 탄소 나노튜브구조도 우수한 기계적 강도, 인성(靭性, Toughness) 및 내구성을 갖는다. 이러한 특성은 여러가지 모양, 사이즈의 음향발생장치를 제조하는데 유리하고, 또한 여러 영역에 응용되는데도 편리하다.
본 발명에 따른 전자기파신호 검출방법 및 검출장치는 다음과 같은 이점이 있다.
첫째, 상기 전자기파신호 검출방법에 사용되는 전자기파신호 검출장치는 탄소 나노튜브구조에 의해 형성되므로, 탄소 나노튜브구조의 각도만을 개변하는 것으 로 측정하고자 하는 전자기파신호의 편파방향을 판단할 수 있고, 탄소 나노튜브구조가 방출하는 음향의 강도만으로 측정하고자 하는 전자기파신호의 강도를 판단할 수 있다. 따라서, 전자기파신호의 검출방법이 간단하고 용이하게 실시될 수 있다.
둘째, 상기 탄소 나노튜브구조는 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열된 탄소 나노튜브로만 구성되므로, 구조가 간단하고 전자기파신호의 검측비용의 저하에 유리하다.
셋째, 탄소 나노튜브는 각종 파장에 대해 균일한 흡수특성을 가지므로, 탄소 나노튜브구조에 의해 형성된 전자기파신호 검측장치는 각종 파장의 전자기파신호의 측정에 사용될 수 있다.
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 음향발생장치와, 이 음향발생장치를 이용한 음향전송시스템, 전자기파신호 검출방법 및, 검출장치에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 음향발생장치(10)의 구조도이다. 상기 음향발생장치(10)는 신호입력장치(112), 음향발생소자(114), 지지체(116) 및, 변조장치(118)를 구비한다.
상기 지지체(116)는 상기 음향발생소자(116)를 지지 및 고정하는 작용을 한다. 상기 지지체(116)는 설치하지 않아도 좋다. 상기 신호입력장치(112)는 상기 음향발생소자(114)에 대응되면서 간격을 두고 설치되고, 상기 음향발생소자(114)에 전자기파신호(120)를 제공한다. 상기 변조장치(118)는 상기 신호입력장치(112)와 상기 음향발생소자(114) 사이에 설치되고, 상기 전자기파신호(120)의 강도 및 주파수를 변조한다. 상기 신호입력장치(112)가 방사한 전자기파신호(120)는 상기 변조장치(118)에 의해 강도 및 주파수가 변조된 후, 상기 음향발생소자(114)의 표면에 전송된다.
상기 음향발생소자(14)는 탄소 나노튜브구조를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브구조는 자아지지(自我支持) 능력을 갖는 자아지지구조 일 수도 있고, 자아지지 능력을 갖지 않는 비자아지지(非自我支持)구조일 수도 있다. 여기서, 자아지지구조란, 탄소 나노튜브구조가 여타 지지체를 필요하지 않고도 자신의 특정한 형상을 유지할 수 있는 구조를 말한다. 상기 자아지지 능력을 갖는 탄소 나노튜브구조는 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 복수개의 탄소 나노튜브는 반 데르 발스의 힘에 의해 서로 흡인되어 망상(網狀)구조를 형성한다. 이에 따라, 상기 탄소 나노튜브구조는 특정한 형상을 가지게 된다. 여기서 비자아지지구조란, 탄소 나노튜브분말을 지지체(116)의 표면에 도포하여 형성되는 탄소 나노튜브구조를 말한다. 이러한 경우, 탄소 나노튜브는 지지체(116)에 의해 지지된다.
상기 탄소 나노튜브구조는 층상(層狀), 선상(線狀) 또는 여타 모양일 수 있고, 비교적 큰 비표면적을 갖고 있다. 탄소 나노튜브구조는 균일하게 분포된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브구조 중의 탄소 나노튜브들은 무질서하게 또는 질서정연하게 배열되어 있다. 여기서 말하는 무질서란, 탄소 나노튜브의 배열방향이 고정되지 않고, 각 방향을 따라 배열된 탄소 나노튜브의 수량 이 같은 것을 의미하고, 질서정연이란, 다수의 탄소 나노튜브의 배열방향이 적어도 일정한 규칙을 갖는 것을 의미한다. 예컨대, 기본적으로 고정된 하나의 방향 또는 고정된 몇개의 방향을 따라 우선방위(preferred orientation)로 배열되는 것이다. 구체적으로 말하면, 상기 탄소 나노튜브구조가 무질서하게 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하는 경우에는, 탄소 나노튜브들이 서로 뒤엉킨 상태로 배열되거나 등방적(isotropic)으로 배열된다. 상기 탄소 나노튜브구조가 질서정연하게 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하는 경우에는, 탄소 나노튜브들은 기본적으로 동일한 방향 또는 여러 방향을 따라 우선방위로 배열된다.
상기 탄소 나노튜브구조의 두께는 0.5nm∼1mm이다. 상기 탄소 나노튜브구조 중의 탄소 나노튜브는 단일벽 탄소 나노튜브, 이중벽 탄소 나노튜브 및, 다중벽 탄소 나노튜브 중의 한가지 또는 몇가지를 포함한다. 상기 단일벽 탄소 나노튜브의 직경은 0.5nm∼50nm이고, 이중벽 탄소 나노튜브의 직경은 1.0nm∼50nm이며, 다중벽 탄소 나노튜브의 직경은 1.5nm∼50nm이다.
상기 탄소 나노튜브구조는 적어도 하나의 탄소 나노튜브막, 적어도 하나의 탄소 나노튜브 선상구조 또는 상기 탄소 나노튜브막과 탄소 나노튜브 선상구조에 의한 복합구조를 포함할 수 있다. 상기 탄소 나노튜브구조가 복수개의 탄소 나노튜브막을 포함할 경우, 상기 복수개의 탄소 나노튜브막은 중첩설치되거나 가지런히 배열되게 설치될 수 있다. 상기 탄소 나노튜브구조가 복수개의 탄소 나노튜브 선상구조를 포함할 경우, 상기 복수개의 탄소 나노튜브 선상구조는 서로 평행, 가지런히 배열 또는 교차되게 설치되어 면상(面狀) 탄소 나노튜브구조를 이루거나, 또 는 상기 복수개의 탄소 나노튜브 선상구조가 서로 뒤엉키거나 편직(編織)되어 면상 또는 망상의 탄소 나노튜브구조를 이룬다.
상기 탄소 나노튜브막은 탄소 나노튜브 드로잉(Drawing)막, 긴 탄소 나노튜브막, 탄소 나노튜브 면모구조(Wadding)막 또는 탄소 나노튜브 프레스막을 포함할 수 있다. 상기 탄소 나노튜브 선상구조는 적어도 하나의 탄소 나노튜브선, 복수개의 탄소 나노튜브선이 평행배열되어 조성된 묶음형태구조 또는 복수개의 탄소 나노튜브선을 비틀어서 조성된 비틀림형태구조를 포함할 수 있다.
상기 탄소 나노튜브구조는 적어도 하나의 탄소 나노튜브 드로잉막을 포함한다. 상기 탄소 나노튜브 드로잉막은 탄소 나노튜브 어레이에서 직접 당겨 얻은 자아지지 능력을 갖는 탄소 나노튜브막이다. 각 탄소 나노튜브 드로잉막은 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열되고 상기 탄소 나노튜브 드로잉막의 표면에 평행으로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 복수개의 탄소 나노튜브의 끝단과 끝단은 반 데르 발스의 힘에 의해 서로 연결되어 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 각 탄소 나노튜브 드로잉막은 연속적으로 연결되고 일정한 방향으로 배열[정향배열(定向配列)이라고도 함]된 복수개의 탄소 나노튜브 단편(143)을 포함한다. 상기 복수개의 탄소 나노튜브 단편(143)의 끝단과 끝단은 반 데르 발스의 힘에 의해 서로 연결된다. 각 탄소 나노튜브 단편(143)은 서로 평행된 복수개의 탄소 나노튜브(145)를 포함한다. 상기 서로 평행된 복수개의 탄소 나노튜브(145)는 반 데르 발스의 힘에 의해 긴밀히 연접된다. 상기 탄소 나노튜브 단편(143)은 임의의 폭, 두께, 균일성 및, 모양을 갖는다. 상기 탄소 나노튜 브 드로잉막에 있어서, 두께는 0.5nm∼100㎛이고, 폭은 탄소 나노튜브 드로잉막을 당겨 얻는 탄소 나노튜브 어레이의 사이즈에 관련되며, 길이에 대해서는 한정하지 않는다. 탄소 나노튜브구조가 탄소 나노튜브 드로잉막에 의해 구성되고 두께가 비교적 작을 경우(예컨대, 두께가 10㎛ 보다 작을 경우), 탄소 나노튜브구조는 우수한 투명도를 갖는다. 이 경우의 탄소 나노튜브구조의 투광율은 90%에 도달할 수 있고, 상기 탄소 나노튜브구조를 음향발생장치의 제조에 사용할 수 있다.
상기 탄소 나노튜브 드로잉막의 구체적인 구조 및 제조방법은 2007년 2월 9일에 출원되고, 2008년 8월 13일에 공개된 중국 공개특허 제CN101239712A호(판 서우싼등에 의해 발명)를 참조하거나, 또는 이하의 전자기파신호 검출장치 중의 탄소 나노튜브 드로잉막의 제조방법을 참조할 수 있다.
상기한 바와 같이, 탄소 나노튜브 어레이에서 직접 당겨 얻은 탄소 나노튜브 드로잉막에 대해 유기용제 처리를 실시할 수 있다. 유기용제 처리 후의 상기 탄소 나노튜브 드로잉막의 표면체적비(표면/체적)가 작아지고, 점착성이 저하되며, 기계적강도 및 인성이 향상된다.
상기 탄소 나노튜브구조가 중첩 설치된 적어도 두층의 탄소 나노튜브 드로잉막을 포함하는 경우, 서로 인접한 두층의 탄소 나노튜브 드로잉막에 있어서의 탄소 나노튜브들의 배열방향은 일정한 각(α)을 이룬다. 상기 각(α)의 범위는 0도 보다 크거나 같고 90도 보다 작거나 같으며, 즉 0도≤α≤90도이다. 상기 복수개의 탄소 나노튜브 드로잉막 사이 또는 탄소 나노튜브 드로잉막에 있어서의 서로 인접한 탄소 나노튜브들 사이에 일정한 간격이 존재한다. 이에 의해, 탄소 나노튜브구 조에는 복수개의 미세공(micro pore)이 형성되고, 상기 미세공의 직경은 10㎛ 보다 작다. 본 실시예에서, 미세공의 직경은 5㎛이다.
본 발명의 실시예에 있어서, 탄소 나노튜브구조는 동일한 방향을 따라 중첩 설치된 복수개의 탄소 나노튜브 드로잉막을 포함하므로, 상기 탄소 나노튜브구조에 있어서의 탄소 나노튜브들은 모두 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열된다.
도 5를 참조하면, 상기 탄소 나노튜브구조는 적어도 하나의 긴 탄소 나노튜브막을 포함한다. 상기 긴 탄소 나노튜브막은 우선방위로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 복수개의 탄소 나노튜브는 서로 평행으로 가지런히 배열되고 반 데르 발스의 힘에 의해 긴밀히 결합된다. 상기 탄소 나노튜브들은 길이가 거의 같으며 밀리미터레벨에 도달한다. 상기 긴 탄소 나노튜브막의 길이는 상기 탄소 나노튜브의 길이와 같을 수 있으므로, 적어도 하나의 탄소 나노튜브는 상기 긴 탄소 나노튜브막의 일단으로부터 맞은편의 일단까지 연신되어 있을 수 있다. 상기 긴 탄소 나노튜브막의 길이는 탄소 나노튜브의 길이의 제한을 받는다. 본 실시예에 있어서, 탄소 나노튜브의 길이는 1mm∼10cm 이상이다. 상기 긴 탄소 나노튜브막은 전기 전도성 및 열 전도성과 같은 우수한 성능을 갖는다. 상기 긴 탄소 나노튜브막은 띠모양의 탄소 나노튜브 어레이를 성장시키고 상기 띠모양의 길이방향에 수직되는 방향으로 상기 탄소 나노튜브를 기울어 넘기는 것에 의해 얻어진다. 상기 탄소 나노튜브의 길이는 1mm∼10mm이다. 상기 긴 탄소 나노튜브막은 "카이트-메커니즘(kite-mechanism)" 방법을 통해 직접 성장시켜 얻을 수 있다. 상기 탄소 나노튜브의 길이는 10cm를 초과할 수 있다.
상기 탄소 나노튜브구조는 적어도 하나의 탄소 나노튜브 면모구조막을 포함한다. 상기 탄소 나노튜브 면모구조막은 서로 뒤엉킨 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브들의 길이는 10㎛ 보다 커서 탄소 나노튜브들이 서로 뒤엉킨다. 그 길이는 200㎛∼900㎛로 하는 것이 바람직하다. 상기 탄소 나노튜브 면모구조막에 있어서, 상기 탄소 나노튜브들은 등방성을 가지고 분포가 균일하며 무질서하게 배열되어 있다. 상기 탄소 나노튜브들은 반 데르 발스의 힘에 의해 서로 흡인되고 뒤엉켜 망상(網狀)구조를 이루기 때문에 상기 탄소 나노튜브 면모구조막에 다량의 미세공(micro pore)이 형성된다. 상기 미세공의 직경은 10㎛ 보다 작다. 상기 탄소 나노튜브 면모구조막의 길이 및 폭에 대해 한정하지 않는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 나노튜브 면모구조막에 있어서의 탄소 나노튜브들이 서로 뒤엉켜서 우수한 인성을 가지므로 어떠한 모양으로 접어도 파열되지 않는다. 상기 탄소 나노튜브 면모구조막의 면적 및 두께에 대해 한정하지 않고, 두께의 범위는 1㎛∼1mm이며, 그 두께를 100㎛로 하는 것이 바람직하다.
상기 탄소 나노튜브구조는 적어도 하나의 탄소 나노튜브 프레스막을 포함한다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막은 균일하게 분포된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브들은 무질서하게 배열되거나, 동일한 방향 또는 다른 방향을 따라 우선방위로 배열된다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막에 있어서의 탄소 나노튜브들은 부분적으로 서로 겹치고, 반 데르 발스의 힘에 의해 서로 흡인되어 긴밀히 연결된다. 이에 따라, 상기 탄소 나노튜브 프레스막은 우수한 유연성을 갖는 바, 어떠한 형상으로 접어도 파열되지 않고, 자아지지 능력을 갖는다. 상 기 탄소 나노튜브 프레스막은 탄소 나노튜브 어레이에 대해 프레스하여 얻는다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막에 있어서의 탄소 나노튜브들은 상기 탄소 나노튜브 어레이가 성장하는 기판의 표면과 일정한 각(β)을 이룬다. 이 각(β)의 범위는 0도 보다 크거나 같고 15도 보다 작거나 같으며, 즉 0도≤β≤15도이다. 상기 각(β)은 탄소 나노튜브 어레이에 인가하는 압력에 관련된다. 즉, 압력이 클수록 상기 각(β)은 작아진다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막에 있어서의 탄소 나노튜브들은 상기 탄소 나노튜브 어레이가 성장하는 기판의 표면에 평행으로 배열되는 것이 바람직하다. 상기 탄소 나노튜브 어레이에 대한 프레스방식이 다름에 따라 상기 탄소 나노튜브 프레스막에 있어서의 탄소 나노튜브들의 배열형식이 다르다. 구체적으로 말하면, 상기 탄소 나노튜브들이 무질서하게 배열되거나, 다른 방향을 따라 프레스하는 것에 의해 상기 탄소 나노튜브들은 다른 방향을 따라 우선방위로 배열(도 7을 참고)되거나, 또는 고정된 방향을 따라 프레스하는 것에 의해 상기 탄소 나노튜브들은 고정된 방향을 따라 우선방위로 배열(도 8을 참고)된다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막에 있어서의 탄소 나노튜브의 길이는 50㎛ 보다 크다.
상기 탄소 나노튜브 프레스막의 면적 및 두께에 대해 한정하지 않으며, 실제 수요에 따라 선택될 수 있다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막에 있어서, 면적은 상기 탄소 나노튜브 어레이의 사이즈와 거의 같고, 두께는 탄소 나노튜브 어레이의 높이 및 프레스 압력에 관련되며, 그 범위는 1㎛∼1mm이다. 다시 말하면, 상기 탄소 나노튜브 어레이의 높이가 높고 인가압력이 작을 수록 탄소 나노튜브 프레스막의 두께가 두껍고, 상기 탄소 나노튜브 어레이의 높이가 낮고 인가압력이 클 수록 탄소 나노튜브 프레스막의 두께가 얇다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막에 있어서의 서로 인접하는 탄소 나노튜브들 사이에 일정한 틈새가 존재하여 탄소 나노튜브 프레스막에 복수개의 미세공이 형성된다. 상기 미세공의 직경은 10㎛ 보다 작다.
상기 탄소 나노튜브구조는 적어도 하나의 탄소 나노튜브선을 포함한다. 상기 탄소 나노튜브선은 묶음형태 탄소 나노튜브선 또는 비틀림형태 탄소 나노튜브선일 수 있다. 상기 묶음형태 탄소 나노튜브선은 유기용제로 상기 탄소 나노튜브 드로잉막을 처리하여 얻는다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 묶음형태 탄소 나노튜브선은 그 선의 축방향을 따라 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브들의 끝단과 끝단이 서로 연결되는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 상기 묶음형태 탄소 나노튜브선은 반 데르 발스의 힘에 의해 끝단과 끝단이 서로 연결된 복수개의 탄소 나노튜브 단편을 포함한다. 각 탄소 나노튜브 단편은 서로 평행되고 반 데르 발스의 힘에 의해 긴밀히 결합된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브 단편은 임의의 길이, 두께, 균일성 및, 모양을 가질 수 있다. 상기 묶음형태 탄소 나노튜브선의 길이에 대해 한정하지 않고 그 직경을 0.5nm∼100㎛로 한다. 상기 묶음형태 탄소 나노튜브선의 구체적인 구조 및 제조방법은 2002년 9월 16일에 출원되고, 2008년 8월 20일에 등록된 중국 등록특허 제CN100411979C호(판 서우싼등에 의해 발명) 및, 2005년 12월 16일에 출원되고, 2007년 6월 20일에 공개된 중국 공개특허 제CN1982209A호(판 서우싼등에 의해 발명)를 참조할 수 있다.
상기 비틀림형태 탄소 나노튜브선은 탄소 나노튜브 드로잉막의 양단을 기계 적 힘으로 각각 반대방향으로 비틀어서 얻을 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 비틀림형태 탄소 나노튜브선은 그 선의 축방향을 따라 나선형태로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 즉, 상기 비틀림형태 탄소 나노튜브선의 축방향을 따라 그 선의 주위를 감는 형태로 배열되는 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 다시 말하면, 상기 비틀림형태 탄소 나노튜브선은 반 데르 발스의 힘에 의해 끝단과 끝단이 서로 연결된 복수개의 탄소 나노튜브 단편을 포함한다. 각 탄소 나노튜브 단편은 서로 평행되고 반 데르 발스의 힘에 의해 긴밀히 결합된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브 단편은 임의의 길이, 두께, 균일성 및 모양을 가질 수 있다. 상기 비틀림형태 탄소 나노튜브선의 길이에 대해 한정하지 않으며, 그 직경을 0.5nm∼100㎛로 한다.
상기 비틀림형태의 탄소 나노튜브선을 휘발성 유기용제로 더 처리할 수 있다. 휘발성 유기용제의 표면장력(Surface Tension)에 의해, 유기용제 처리후의 상기 비틀림형태 탄소 나노튜브선 중의 서로 평행인 복수개의 탄소나노튜브가 반 데르 발스의 힘에 의해 긴밀히 연결된다. 이에 따라, 상기 비틀림형태 탄소 나노튜브선의 직경 및 비표면적이 작아지고, 밀도 및 강도가 향상된다.
상기 탄소 나노튜브선은 탄소 나노튜브 드로잉막에 대해 유기용제 처리 또는 기계적 힘에 의한 처리에 의해 얻어지고 상기 탄소 나노튜브 드로잉막이 자아지지 능력을 가지기 때문에, 상기 탄소 나노튜브선도 자아지지 능력을 갖는다. 또한, 탄소 나노튜브선에 있어서의 탄소 나노튜브들 사이에 일정한 틈새가 존재하므로, 상기 탄소 나노튜브선은 다량의 미세공을 가지며 그 미세공의 직경은 10㎛ 보다 작 다.
이와 같이, 상기 탄소 나노튜브구조는 다량의 탄소 나노튜브에 의해 구성되므로, 매우 큰 비표면적을 갖는다. 또한, 상기 탄소 나노튜브구조는 비교적 작은 두께(예컨대, 0.5nm∼1mm)를 가지므로, 상기 탄소 나노튜브구조는 비교적 작은 단위면적 열용량(2×10-4 J/cm2·K 보다 작음)을 갖는다.
상기 탄소 나노튜브구조는 매우 큰 비표면적 및 비교적 작은 단위면적 열용량을 갖고, 상기 탄소 나노튜브는 흑체재료로서 여러 형식의 전자기파를 유효적으로 흡수할 수 있으므로, 상기 탄소 나노튜브구조는 빛에너지 또는 여타 형식의 전자기파 에너지의 흡수에 의해 열량을 발생시킨 후, 상기 탄소 나노튜브구조는 열용량이 작아 신속히 승온되고, 또 상기 탄소 나노튜브구조의 비표면적이 큰 것에 의해 신속히 주위의 매질과 열 교환을 진행하여 주위의 매질에 대해 가열을 진행한다. 상기 전자기파 에너지에 변화가 발생하는 경우, 상기 탄소 나노튜브구조의 온도는 상기 전자기파 에너지의 변화에 응답하여 신속히 변한다. 이에 의해, 주위 매질에 열팽창 및 열수축을 초래하여 음향을 방출한다. 상기 탄소 나노튜브구조의 단위면적 열용량은 2×10-4 J/cm2·K 보다 작으며, 이 단위면적 열용량이 1×10-4 J/cm2·K 보다 작은 것이 바람직하다. 상기 매질로서는 기체 또는 액체일 수 있다.
상기 탄소 나노튜브구조가 비교적 큰 비표면적을 가지므로 상기 탄소 나노튜브구조의 두께가 너무 두껍지 말아야 한다. 만일, 상기 탄소 나노튜브구조의 두께가 너무 두꺼우면 탄소 나노튜브구조와 주위의 기체매질의 열 교환에 영향을 준다. 또한, 상기 탄소 나노튜브구조의 두께가 너무 얇지 말아야 한다. 상기 탄소 나노튜브구조의 두께가 너무 얇으면 상기 탄소 나노튜브구조의 강도가 나빠져 음향발생과정에서 용이하게 파손된다. 또한, 상기 탄소 나노튜브구조의 두께가 비교적 작을 경우(예컨대, 두께가 10㎛ 보다 작을 경우), 탄소 나노튜브구조가 투명하기 때문에 상기 탄소 나노튜브구조에 의해 구성된 음향발생소자(114)는 투명한 음향발생소자(114)로 된다. 따라서, 상기 투명한 음향발생소자(114)를 각종 표시장치, 핸드폰의 표시소자의 표면, 직물(織物), 유화 및, 임의의 음향을 방출하고자 하는 물품의 표면에 직접 설치하여 음향의 방출을 실현할 수 있다. 이에 따라, 공간을 절약하는 목적을 달성할 수 있다.
또한, 상기 탄소 나노튜브구조가 비교적 큰 비표면적을 가지며 반 데르 발스의 힘의 작용 하에 상기 탄소 나노튜브구조 자신이 우수한 점착성을 가지므로, 상기 탄소 나노튜브구조를 음향발생소자(114)로 사용할 경우 상기 음향발생소자(114)를 상기 지지체(116)에 직접 부착 고정할 수 있다. 또한, 상기 음향발생소자(114)는 점착제에 의해 지지체(116)에 고정될 수 있다. 상기 점착제로서 고온에 견디는 실리콘 점착제를 사용할 수 있다.
상기 지지체(116)는 여타 부품에 대해 주로 지지작용을 하며, 그 모양에 대해서는 한정하지 않는다. 즉, 상기 지지체(116)는 임의의 모양을 갖는 물체일 수 있다. 예컨대, 벽 또는 책상 등은 모두 본 실시예에 있어서의 지지체(116)로 될 수 있다. 다시 말하면, 상기 지지체(116)는 평면구조일 수도 있고 곡면구조일 수도 있으며, 적어도 하나의 표면을 갖는다. 이 때, 상기 음향발생소자(114)는 상기 지지체(116)의 표면에 설치된다. 상기 음향발생소자(114)의 전체가 상기 지지체(116)에 지지되므로, 상기 음향발생소자(114)는 강도가 비교적 높은 전자기파신호(120)의 입력에 견뎌 낼 수 있어 비교적 높은 음향발생강도를 갖는다. 또한, 상기 지지체(116)는 틀 모양구조, 막대기 모양구조 또는 불규칙적인 모양구조일 수 있다. 이 때, 상기 음향발생소자(114)의 일부분이 상기 지지체(116)에 접촉되고 여타 부분은 공중에 뜨도록 설치된다. 이러한 설치방식은 상기 음향발생소자(114)와 공기 또는 주위의 매질 간의 열 교환을 더욱 잘 진행되게 한다. 즉, 상기 음향발생소자(114)와 공기 또는 주위의 매질이 접촉하는 면적이 커져 열 교환의 속도가 빨라지므로 더욱 우수한 음향발생효과를 갖는다.
상기 지지체(116)의 재료에 대해서는 한정하지 않는 바, 즉, 금강석, 유리 또는 석영과 같은 경질(硬質)재료나 플라스틱 또는 수지와 같은 유연성(柔軟性)재료일 수 있다. 상기 지지체(116)가 상기 음향발생소자(114)에 의해 발생된 열량을 너무 많이 흡수하여 주위의 공기 매질을 충분히 가열할 수 없게 되고, 따라서 소리를 낼 수 없는 것을 방지하기 위하여, 상기 지지체(116)의 재료가 열 절연성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 지지체(116)가 거친 표면을 가지면, 상기 지지체(116)의 표면에 설치되는 음향발생소자(114)가 공기 또는 여타의 외계 매질과의 접촉면적이 커지게 되어 음향발생장치(100)의 음향발생효과를 일정한 정도로 개선할 수 있다.
또한, 상기 음향발생소자(114)에 있어서의 탄소 나노튜브구조가 자아지지 능력을 가지므로 상기 지지체(116)를 생략하여도 좋다.
상기 전자기파신호 입력장치(112)는 강도 또는 주파수가 변할 수 있는 전자기파를 방사하여 전자기파신호(120)를 형성하는 전자기파신호원을 구비한다. 상기 음향발생소자(114)로서의 상기 탄소 나노튜브구조는 강도 또는 주파수가 부단히 변하는 상기 전자기파신호(120)를 수신하여 간헐적으로 주위의 공기를 가열한다. 이에 의해, 주위 공기는 부단히 팽창수축되어 음향을 방출한다. 상기 전자기파신호(120)의 주파수범위는 무선전파, 적외선, 가시광선, 자외선, 마이크로파, X-방사선 및, 감마-방사선을 포함한다. 상기 전자기파신호원은 광신호원이며, 방사하는 전자기파신호(120)는 주파수가 자외선으로부터 적외선에 이르기까지의 각종 광파를 포함하는 광신호인 것이 바람직하다. 상기 전자기파신호(120)의 평균 전력밀도(power density)의 범위는 1μW/mm2∼20W/mm2이다. 또한, 상기 전자기파신호(120)의 강도가 너무 약한 경우 상기 탄소 나노튜브구조는 주위 공기를 충분히 가열하지 못하여 음향을 방출할 수 없고, 상기 전자기파신호(120)의 강도가 너무 강한 경우 상기 탄소 나노튜브구조와 주위 공기가 산화반응을 일으켜 상기 탄소 나노튜브구조가 파손된다. 상기 전자기파신호원이 펄스 레이저(Pulse Laser) 발생기인 것이 바람직하다.
상기 전자기파신호 입력장치(112) 및 음향발생소자(114)에 있어서, 상기 전자기파신호 입력장치(112)로부터 방사된 전자기파신호(120)가 상기 음향발생소자(114)에 입사하는 입사각 및 상기 전자기파신호 입력장치(112)와 음향발생소자(114)의 위치에 대해 한정되지 않는다. 또한, 상기 전자기파신호 입력장치(112) 와 음향발생소자(114) 사이의 거리에 대해 한정되지 않지만, 상기 전자기파신호 입력장치(112)로부터 방사된 전자기파신호(120)가 상기 음향발생소자(114)의 표면까지의 전송을 확보하여야 한다. 상기 전자기파신호가 광신호이고, 상기 전자기파신호 입력장치(112)와 상기 음향발생소자(114)의 거리가 비교적 먼 경우, 상기 전자기파신호 입력장치(112)는 광섬유를 추가로 구비한다. 상기 광섬유의 일단은 상기 전자기파신호원에 접속되고 타단은 상기 탄소 나노튜브구조의 부근에 위치하여, 상기 전자기파신호원이 방사한 전자기파신호(120)는 상기 광섬유에 의해 상기 음향발생소자(114)의 표면에 전송된다.
상기 변조장치(118)를 설치하지 않아도 좋다. 상기 변조장치(118)는 상기 전자기파신호(120)의 전송경로에 설치되며, 강도 변조기, 주파수 변조기 또는 양자의 결합체를 구비한다. 상기 음향발생장치(10)는 상기 변조장치(118)를 통해 상기 전자기파신호(120)의 강도 및 주파수를 변조하는 것으로 상기 음향발생소자(114)가 방출하는 음향의 강도 및 주파수를 개변시킨다. 다시 말하면, 다른 주파수의 스윗치를 통해 전자기파신호(120)의 강약(强弱)을 변조할 수 있고, 또는 상기 전자기파신호(120)의 강도를 다른 주파수로 변화시키는 것으로 상기 전자기파신호(120)의 강약을 변조할 수 있다.
상기 전자기파신호(120)의 강약의 변화는 음향발생소자(114)가 방출하는 음향의 주파수에 대해 영향을 준다. 상기 전자기파신호(120)에 대한 변조를 통해 상기 음향발생소자(114)로 하여금 주파수가 다른 음향을 방출하게 한다. 또한, 상기 변조장치(118)는 상기 전자기파신호 입력장치(112)와 함께 설치될 수도 있고, 또는 상기 전자기파신호 입력장치(112)와 일정한 간격을 두고 설치될 수도 있다. 상기 전자기파신호 입력장치(112)가 광섬유를 포함하는 경우, 상기 변조장치(118)는 상기 광섬유의 시작단에 설치되거나 광섬유의 결속단에 설치된다. 본 실시예에서, 상기 변조장치(118)는 전기광학결정(electro optic crystals)이다.
본 실시예의 음향발생장치(10)는 전자기파의 흡수가 절대흑체에 접근하는 탄소 나노튜브구조를 음향발생소자(114)로 하므로, 상기 음향발생장치(10)는 각종 파장의 전자기파에 대해 균일한 흡수특성을 갖는다. 또한, 탄소 나노튜브가 비교적 작은 열 용량 및 비교적 큰 열 발산 면적을 갖는다. 이에 따라, 음향발생소자(114)에 있어서의 탄소 나노튜브구조가 레이저와 같은 전자기파에 의해 조사(照射)될 경우, 탄소 나노튜브는 광에너지의 흡수에 의해 충돌되고, 비방사를 통해 흡수한 광에너지의 전부 또는 일부를 열로 변환한다. 상기 탄소 나노튜브는 신속히 승온되는 동시에 주위 공기 또는 여타의 매질과 신속히 열 교환을 진행한다. 만약, 조사되는 전자기파의 강도를 주기적으로 변조하면, 탄소 나노튜브내에 주기적인 온도변화가 발생되고, 주위 기체매질에도 주기적인 온도 변화가 발생된다. 이에 따라, 주위 공기 또는 여타 매질이 신속히 열팽창 및 열수축되어 음향을 방출한다. 본 실시예에 있어서, 상기 음향발생소자(114)는 대량의 탄소 나노튜브에 의해 구성된 탄소 나노튜브구조를 포함한다. 전자기파신호 입력장치(112)로부터의 상기 전자기파신호(120)의 주파수가 적합하고 상기 음향발생소자(114)의 주위 매질이 공기일 경우, 상기 음향발생소자(114)가 방출하는 음향은 사람의 귀로 직접 감지할 수 있다. 또한, 상기 전자기파신호(120)의 주파수가 높아질 경우, 상기 음향발생 소자(114)는 초음파를 방출할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 음향발생장치(20)의 구조도이다. 상기 음향발생장치(20)는 전자기파신호 입력장치(212), 음향발생소자(214), 지지체(216) 및, 변조장치(218)를 구비한다.
상기 지지체(216)는 틀 모양구조, 막대기 모양구조 또는 불규칙적인 모양구조일 수 있다. 상기 음향발생소자(214)의 일부분이 상기 지지체(216)에 접촉되고 여타 부분은 공중에 뜨도록 설치되어, 음향은 상기 음향발생소자(214)를 투과(透過)하여 전달된다. 또한, 이러한 설치방식은 상기 음향발생소자(214)와 주위 공기 또는 여타 매질의 열교환에 유리하다. 상기 전자기파신호 입력장치(212)와 상기 음향발생소자(214)는 간격을 두고 설치되어 있다. 상기 변조장치(218)는 상기 전자기파신호 입력장치(212)와 상기 음향발생소자(214) 사이에 설치되어 있다.
본 실시예에 있어서의 음향발생장치(20)와 상기 제1실시예에 있어서의 음향발생장치(10)가 서로 다른 점은, 상기 음향발생장치(20)는 소리모음(sound gathering)구조(222)를 추가로 구비한다. 상기 소리모음구조(222)는 상기 음향발생소자(214)의 전자기파신호(220)가 입력되는 표면과 반대되는 측에 상기 음향발생소자(214)와 간격을 두고 설치된다. 상기 소리모음구조(222)와 상기 음향발생소자(214)가 간격을 두고 설치되므로, 상기 음향발생소자(214)가 방출한 음향이 상기 소리모음구조(222)에 의해 반사된다. 따라서, 상기 음향발생장치(20)의 음향발생효과가 증강(增强)된다. 상기 음향발생소자(214)의 사이즈를 기초로 상기 소리모음구조(222)와 음향발생소자(214) 사이의 간격범위를 1cm∼1m로 한다. 상기 소리 모음구조(222)는 비교적 큰 표면을 갖는 각종 구조(즉, 평면구조 또는 곡면구조)일 수 있다. 본 실시예에서, 상기 소리모음구조(222)는 평판(平板)구조이다. 상기 소리모음구조(222)는 받침대(도시되지 않았음)에 의해 상기 음향발생소자(214)와 간격을 둔다. 또한, 상기 소리모음구조(222)는 상기 지지체(216)에 함께 설치되어 일체로 될 수 있다. 예컨대, 좁은 개구(開口)를 갖는 캐비티(cavity)체일 수 있다. 상기 지지체(216)가 좁은 개구를 갖는 캐비티체인 경우, 상기 음향발생소자(214)를 상기 캐비티체의 개구에 곧게 펴서 고정설치하여, 헤몰쯔 리소네이터(Helmholtz resonator)를 형성한다. 상기 지지체(216)의 재료는 목질(木質), 플라스틱, 금속 또는 유리와 같은 재료일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 음향발생소자의 음향발생 주파수범위는 1Hz∼100KHz이다. 상기 음향발생소자의 탄소 나노튜브구조 중의 탄소 나노튜브가 질서정연하게 배열되고 상기 탄소 나노튜브구조의 두께가 비교적 얇은 경우, 상기 음향발생장치의 음향발생강도는 70데시벨 음압레벨(dB SPL)에 도달할 수 있다. 상기 탄소 나노튜브구조의 두께가 비교적 두꺼운 경우, 상기 음향발생장치의 음향발생강도는 더욱 증강된다. 또한, 본 발명에 있어서의 탄소 나노튜브구조가 비교적 우수한 인성 및 기계적 강도를 가지므로, 상기 탄소 나노튜브구조로 각종 모양 및 사이즈의 음향발생장치를 편리하게 제조할 수 있다. 이런 음향발생장치는 음향기기, 핸드폰, MP3, MP4, 텔레비전, 컴퓨터 등 전자분야 및 여타 음향발생장치와 같은 각종 음악설비에 응용될 수 있다. 또한, 전자기파(특히, 레이저)가 진공환경에서 멀리 전파될 수 있으므로 상기 음향발생장치를 먼 거리 신호전송분야에 사용할 수 있다. 예 컨대, 음향신호를 전자기파형식으로 멀리 전송한다. 본 발명의 음향발생소자는 전자기파의 조사에 의해 음향을 방출하므로, 음향발생소자는 전기장, 자기장이 없는 환경에서도 작업할 수 있다.
도 12는 본 발명의 음향전송시스템(30)의 제1실시예의 구조도이다. 상기 음향전송시스템(30)은 음향-전기 변환장치(310), 상기 음향-전기 변환장치(310)에 전기접속된 전기-파 변환장치(320), 상기 전기-파 변환장치(320)와 대응하면서 간격을 두고 설치된 음향발생소자(330) 및, 지지체(340)를 구비한다. 상기 음향발생소자(330)는 상기 지지체(340)에 설치된다.
상기 음향-전기 변환장치(310)는 음향신호를 전기신호로 변환하여 상기 전기-파 변환장치(320)에 전송한다. 상기 음향-전기 변환장치(310)로서 마이크로폰, 수화기 또는 압력센서를 사용할 수 있다. 본 실시예에서, 음향-전기 변환장치(310)로서 마이크로폰을 사용한다.
상기 전기-파 변환장치(320)는 변조장치(326) 및 전자기파 발생기(324)를 구비한다. 상기 전자기파 발생기(324)는 전자기파를 출력하고, 상기 변조장치(326)는 상기 음향-전기 변환장치(310)에 전기접속되어 상기 음향-전기 변환장치(310)로부터 입력된 전기신호를 기초로 상기 전자기파에 대해 강도 또는 주파수를 변조한다. 이에 따라, 상기 전자기파의 강도 또는 주파수에 변화가 발생되고 전자기파신호(322)가 발생된다. 상기 전자기파의 강도 또는 주파수의 변화는 상기 음향-전기 변환장치(310)로부터 입력되는 전기신호의 변화에 정비례된다. 상기 전자기파의 파장범위는 무선전파, 적외선, 가시광선, 자외선, 마이크로파, X-방사선 및, 감마- 방사선을 포함한다. 상기 전자기파신호(322)의 평균 전력밀도의 범위는 1μW/mm2∼20W/mm2이다. 상기 전자기파신호(322)의 강도가 너무 약하거나 너무 강해서는 안된다. 상기 전자기파신호(322)의 강도가 너무 약하면 충분한 에너지를 제공할 수 없기 때문에 상기 음향발생소자(330)가 음향을 방출할 수 없고, 상기 전자기파신호(322)의 강도가 너무 강하면 상기 음향발생소자(330)가 파손된다. 상기 전자기파 발생기(324)로서 다이오드 레이저(Diode Laser), 가스 레이저, 고체 레이저 또는 염료 레이저와 같은 레이저 발생기를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 레이저 발생기가 출력하는 전자기파는 파장의 범위가 자외선으로부터 원적외선에 이르기까지의 광파(光波)이다. 상기 변조장치(326)의 변조에 의해 상기 광파는 광신호로 변환된다. 상기 광신호의 평균 전력밀도는 약 1mW/mm2이다.
상기 변조장치(326)는 상기 전자기파 발생기(324)에 함께 설치될 수도 있고, 또 상기 전자기파 발생기(324)가 발생한 전자기파의 전파경로에 설치될 수도 있다. 상기 변조장치(326)와 상기 전자기파 발생기(324)를 함께 설치한 경우, 상기 변조장치(326)는 상기 전자기파 발생기(324)가 출력하는 전자기파의 강도 및 주파수를 직접 제어하여 상기 전자기파 발생기(324)로 하여금 전기신호의 변화에 정비례하는 전자기파신호(322)를 직접 발생한다. 상기 변조장치(326)를 전자기파의 전파경로에 설치한 경우, 상기 전자기파는 상기 변조장치(326)에 의해 변조된 후 전자기파신호(322)로 변환된다.
상기 전자기파 발생기(324)가 레이저 발생기이고 상기 변조장치(326)와 상기 레이저 발생기가 함께 설치된 경우, 상기 변조장치(326)는 변조구동회로를 통해 상기 레이저 발생기의 레이저 펌핑원(Laser Pumping Source)을 직접 제어하는 것으로 레이저의 변조를 실현한다. 또는, 상기 레이저 발생기의 공진기 내에 변조소자를 설치하여 공진기의 파라미터(Parameter)를 개변하여 상기 레이저 발생기의 레이저 출력특성을 개변하는 것으로 레이저의 변조를 실현한다. 상기 변조장치(326)가 레이저의 전파경로에 설치된 경우, 상기 변조장치(326)로서는 전기광학결정이다.
상기 전기-파 변환장치(320)와 음향발생소자(330) 사이의 거리에 대해 한정하지는 않지만, 상기 전기-파 변환장치(320)로부터 방사된 전자기파신호(322)가 상기 음향발생소자(330)의 표면까지의 전송을 확보하여야 한다. 또한, 상기 전자기파신호(322)가 광신호이고 상기 전기-파 변환장치(320)와 상기 음향발생소자(330)의 거리가 비교적 먼 경우, 상기 전기-파 변환장치(320)는 광섬유를 추가로 구비한다. 상기 광섬유의 일단은 상기 전자기파 발생기(324)에 접속되고 타단은 상기 탄소 나노튜브구조의 부근에 위치하여, 상기 전자기파신호(322)는 상기 광섬유에 의해 상기 음향발생소자(330)의 표면에 전송된다. 상기 전기-파 변환장치(320)가 광섬유를 포함하는 경우, 상기 변조장치(326)는 상기 광섬유의 시작단 또는 결속단에 설치될 수 있다.
상기 음향발생소자(330)는 탄소 나노튜브구조를 구비한다. 상기 탄소 나노튜브구조는 층상, 선상 또는 여타 모양일 수 있고, 비교적 큰 비표면적을 갖고 있다. 상기 탄소 나노튜브구조는 균일하게 분포된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브구조 중의 탄소 나노튜브들은 무질서 또는 질서정연하게 배열되어 있다. 다시 말하면, 상기 탄소 나노튜브구조는 하나의 탄소 나노튜브막, 복수개의 탄소 나노튜브막, 복수개의 탄소 나노튜브 선상구조 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 상기 음향발생소자(330)는 상기한 음향발생장치(10)의 음향발생소자(114)와 같다. 또한, 상기 탄소 나노튜브구조가 자아지지 능력을 갖는 경우, 상기 지지체(340)를 생략할 수 있다.
도 13은 본 발명의 음향전송시스템(40)의 제2실시예의 구조도이다. 상기 음향전송시스템(40)은 음향-전기 변환장치(410), 전기-파 변환장치(420), 음향발생소자(330) 및, 지지체(340)를 구비한다.
본 실시예에 있어서의 음향전송시스템(40)과 도 12의 음향전송시스템(30)이 서로 다른 점은, 상기 지지체(440)가 틀 모양구조, 막대기 모양구조 또는 불규칙적인 모양구조인 것이다. 상기 음향발생소자(430)의 일부분이 상기 지지체(440)에 접촉되고 여타 부분은 공중에 뜨도록 설치되어 음향은 상기 음향발생소자(214)를 투과하여 전달된다. 또한, 이러한 설치방식은 상기 음향발생소자(214)와 주위 공기 또는 여타 매질의 열 교환에 유리하다. 상기 음향전송시스템(40)은 소리모음구조(450)를 추가로 구비한다. 상기 소리모음구조(450)는 상기 음향발생소자(430)의 전자기파신호(422)가 입력되는 표면과 반대되는 측에 상기 음향발생소자(430)와 간격을 두고 설치된다. 상기 소리모음구조(450)와 상기 음향발생소자(430)가 간격을 두고 설치되거나 함께 설치되어 소리모음공간을 형성한다. 상기 음향발생소자(430)가 방출한 음향이 상기 소리모음구조(450)에 의해 반사되는 것에 의해 상기 음향전송시스템(40)의 음향발생효과가 증강된다. 상기 음향발생소자(430)의 사이 즈를 기초로 상기 소리모음구조(450)와 음향발생소자(430) 사이의 간격범위를 1cm∼1m로 한다. 또한, 상기 소리모음구조(450)를 비교적 큰 표면을 갖는 각종 구조(즉, 평면구조 또는 곡면구조)로 할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 소리모음구조(450)는 평판구조이다. 상기 소리모음구조(450)는 받침대(도시되지 않았음)에 의해 상기 음향발생소자(430)와 간격을 둔다. 또한, 상기 소리모음구조(450)는 상기 지지체(440)에 함께 설치되어 일체로 될 수 있다. 예컨대, 좁은 개구를 갖는 캐비티체일 수 있다. 상기 지지체(440)가 좁은 개구를 갖는 캐비티체인 경우, 상기 음향발생소자(430)를 상기 캐비티체의 개구에 곧게 펴서 고정설치하여, 헤몰쯔 리소네이터를 형성한다. 상기 지지체(440)의 재료는 목질, 플라스틱, 금속 또는 유리와 같은 재료일 수 있다.
본 발명의 음향발생장치 및 상기 음향발생장치를 응용한 음향전송시스템은 다음과 같은 이점이 있다.
첫째, 상기 음향발생장치의 음향발생소자는 탄소 나노튜브구조만 포함하고, 자석과 같은 여타 구조를 필요로 하지 않기 때문에, 그 구조가 간단하고, 코스트를 절약할 수 있다.
둘째, 상기 탄소 나노튜브구조에 의해 구성된 음향발생소자는 입력된 전자기파신호를 통해 음향을 발생하기 때문에 상기 음향발생소자는 전기장이 없는 환경에서 작동할 수 있다.
셋째, 상기 음향발생장치는 신호입력에 의한 탄소 나노튜브구조의 온도 변화를 이용하여 주위의 공기를 신속히 팽창 또는 수축시켜 음파를 방출한다. 따라서, 상기 음향발생장치는 자기장이 없는 환경에서 작동할 수 있다.
넷째, 탄소 나노튜브구조가 비교적 작은 열 용량 및 비교적 큰 비표면적을 가짐으로써, 상기 탄소 나노튜브구조는 승온속도가 빠르고, 열적 히스테리시스가 작으며, 열 교환 속도가 빠른 특성을 갖는다. 따라서, 상기 탄소 나노튜브구조에 의해 구성된 음향발생장치는 광대역 스펙트럼 범위(1Hz∼100kHz)의 소리를 방출할 수 있고, 음향발생 효과도 우수하다.
다섯째, 탄소 나노튜브가 우수한 기계적 강도 및 인성을 가짐으로써 상기 탄소 나노튜브에 의해 구성된 탄소 나노튜브구조도 우수한 기계적 강도, 인성 및, 내구성을 갖는다. 이러한 특성은 여러가지 모양, 사이즈의 음향발생장치를 제조하는데 유리하고, 또한 여러 영역에 응용되는데도 편리하다.
여섯째, 탄소 나노튜브구조의 두께가 비교적 작을 경우(예컨대, 두께가 10㎛ 보다 작을 경우), 탄소 나노튜브구조가 투명하기 때문에 상기 탄소 나노튜브구조에 의해 구성된 음향발생장치는 투명한 음향발생장치로 된다. 이에 따라, 상기 투명한 음향발생장치를 각종 표시장치, 유화 등의 윗 표면에 직접 설치하여 공간을 절약할 수 있다.
일곱째, 상기 음향발생장치는 음향발생소자가 방출한 음파를 반사하는 소리모음구조를 추가로 구비하기 때문에 음향발생장치의 음향발생효과를 증강한다.
도 14는 본 발명에 따른 전자기파신호 검출방법의 흐름도이고, 도 15는 본 발명에 따른 전자기파신호 검출과정의 표시도이다.
전자기파신호 검출방법은, 우선 표면에 평행되고 동일한 방향을 따라 우선방 위로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한 탄소 나노튜브구조(514)를 구비하는 전자기파신호 검출장치(520)를 제조한다. 다음에, 상기 탄소 나노튜브구조(514)로 하여금 전자기파신호(518)를 흡수하여 발열하는 한편 기체매질을 가열하여 음파를 방출하도록 상기 탄소 나노튜브구조(514)의 표면에 전자기파신호(518)를 방사하는 전자기파신호원(512)을 제공한다. 마지막으로, 상기 전자기파신호 검출장치(520)의 탄소 나노튜브구조(514)를 회전시켜 상기 탄소 나노튜브구조(514)가 방출하는 음파의 강도를 기초로 상기 전자기파신호(518)의 강도 및 편파방향을 판단한다.
상기 전자기파신호 검출방법의 구체적인 단계[단계 1∼단계 3]는 다음과 같다.
단계 1
전자기파신호 검출장치(520)를 제조한다. 상기 전자기파신호 검출장치(520)는 표면에 평행되고 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다.
상기 전자기파신호 검출장치(520)의 제조방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
우선, 지지체(516)를 제공한다.
다음에, 탄소 나노튜브구조(514)를 형성한다. 상기 탄소 나노튜브구조(514)는 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다.
마지막으로, 상기 탄소 나노튜브구조(514)를 상기 지지체(516)에 지지되도록 설치한다.
상기 탄소 나노튜브구조(514)는 탄소 나노튜브 드로잉막 및 긴 탄소 나노튜브막을 포함할 수 있다.
상기 탄소 나노튜브 드로잉막의 제조방법은 다음과 같은 단계(1∼2)를 포함한다.
1. 우선, 탄소 나노튜브 어레이를 제공한다. 상기 어레이는 초정렬 어레이(Superaligned Array) 탄소 나노튜브 어레이인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 탄소 나노튜브 어레이는, 단일벽 탄소 나노튜브 어레이, 이중벽 탄소 나노튜브 어레이 또는 다중벽 탄소 나노튜브 어레이중의 한 가지 또는 몇 가지이다.
본 실시예에 있어서, 초정렬 어레이 탄소 나노튜브 어레이는 화학기상증착법 (Chemical Vapor Deposition, CVD)에 의해 형성된다. 그 공정[(a)∼(d)]은 다음과 같다.
(a) 평탄한 성장기재를 제공한다. 상기 성장기재로서 P타입 또는 N타입 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer), 또는 표면에 산화층이 형성된 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는, 성장기재로서 4인치의 실리콘 웨이퍼를 사용한다.
(b) 상기 성장기재의 표면에 균일한 촉진제(Catalyst)층을 형성한다. 상기 촉진제층의 재료로서, 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 또는 상기 금속의 임의의 조합의 합금 중의 한 가지를 사용할 수 있다.
(c) 상기 촉진제층이 형성되어 있는 성장기재에 대하여, 700∼900℃의 공기 중에서 약 30∼90분동안 어닐(Anneal: 풀림)처리를 진행한다.
(d) 상기 어닐처리를 한 성장기재를 보호기체가 있는 반응로에 넣고, 500∼740℃까지 가열한다. 다음에, 탄소소스(Carbon Source)가스를 반응로에 주입한 후 약 5∼30분 동안 반응시켜, 상기한 성장기재에 탄소 나노튜브를 성장시켜 초정렬 어레이 탄소 나노튜브 어레이를 얻는다. 상기 탄소 나노튜브 어레이의 높이는 200㎛∼400㎛이다. 상기 탄소 나노튜브 어레이는 서로 평행하고 상기 성장기재에 수직으로 성장한 복수개의 탄소 나노튜브로 형성된 순수한 탄소 나노튜브 어레이이다. 즉, 상기한 성장조건의 제어에 의해, 성장한 탄소 나노튜브 어레이 중에 다른 물질(무정형탄소 또는 촉진제의 금속과립)이 거의 존재하지 않는다. 상기 탄소 나노튜브 어레이에 있어서, 탄소 나노튜브들이 서로 반 데르 발스의 힘에 의해 긴밀히 연결되어 어레이를 이룬다. 상기 탄소나노튜브 어레이와 상기 성장기재의 면적은 비슷하다.
상기한 탄소소스가스로서는 화학적 성질이 비교적 활발한 에틸렌(C2H4), 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2) 등을 사용할 수 있고; 상기한 보호기체로서는 질소(N) 또는 비활성 기체를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는, 탄소소스가스로서 아세틸렌을 사용하고 보호기체로서 아르곤(Ar)가스를 사용한다.
상기한 탄소 나노튜브 어레이의 성장방법은, 상기 화학기상증착법에 한정되지 않고, 흑연전극 아크증착법(Arc Deposition), 레이저 증착법(Laser Evaporation)등을 이용할 수 있다.
2. 다음에, 드로잉 공구로 상기한 탄소 나노튜브 어레이에서 적어도 하나의 탄소 나노튜브 드로잉막을 취출(取出)한다.
상기 탄소 나노튜브 드로잉막의 구체적인 제조방법[(a)∼(b)]은 다음과 같다.
(a) 상기한 탄소 나노튜브 어레이에서 일정한 폭의 복수개의 탄소 나노튜브 단편을 선택한다. 본 실시형태에서, 일정한 폭을 갖는 접착용 테이프를 상기 탄소 나노튜브 어레이에 접촉하여 일정한 폭의 복수개의 탄소 나노튜브 단편을 선택한다.
(b) 상기 탄소 나노튜브 어레이의 성장방향에 거의 수직으로 되는 방향을 따라 일정한 속도로 상기 선택한 복수개의 탄소 나노튜브 단편을 드로잉하여 연속적인 탄소 나노튜브 드로잉막을 얻는다.
상기한 드로잉과정에서, 당기는 힘의 작용 하에 상기 복수개의 탄소 나노튜브 단편은 당기는 힘의 방향을 따라 상기한 성장기재에서 점진적으로 탈리(脫離)된다. 이 때, 탈리된 탄소 나노튜브 단편들의 끝단은 각각 반 데르 발스의 힘에 의해 여타 탄소 나노튜브 단편들의 끝단에 연결되어 균일하고 일정한 폭을 갖는 연속적인 탄소 나노튜브막을 형성한다. 상기 탄소 나노튜브 드로잉막은 끝단과 끝단이 연결되고 정향된 복수개의 탄소나노튜브를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브막 중의 탄소 나노튜브의 배열방향은 상기 탄소 나노튜브막을 드로잉하는 방향에 평행한다. 탄소나노튜브가 우선방위로 배열된 상기 탄소 나노튜브막은 탄소 나노튜브가 무질서로 배열된 탄소 나노튜브막 보다 균일성 및 도전성이 더욱 우수하다. 또한, 직 접 당기여 탄소 나노튜브막을 제조하는 탄소 나노튜브막의 제조방법은 간단하고 신속하여 산업화 실현에 적용될 수 있다.
또한, 상기한 탄소 나노튜브 드로잉막의 형성과정을 중복하여 복수개의 탄소 나노튜브 드로잉막을 얻을 수 있다. 상기 복수개의 탄소 나노튜브 드로잉막을 동일한 방향을 따라 중첩설치하여 자아지지 능력을 갖는 탄소 나노튜브구조(514)를 형성한다.
상기 긴 탄소 나노튜브막은 어레이를 넘어뜨리는 방법으로 제조한다. 그 방법은 다음과 같은 단계[(1)∼(4)]를 포함한다.
(1) 성장기재를 제공한다.
상기 성장기재는 고온에 견디는 기재이고, 재료에 대해 한정하지 않으며, 융점이 탄소 나노튜브보다 높으면 된다. 본 실시예에서, 성장기재로서 길이 및 폭이 모두 30cm인 정방형의 실리콘 성장기재를 사용한다.
(2) 상기 성장기재의 표면에 적어도 하나의 띠모양 촉진제막을 형성한다.
상기 띠모양 촉진제막은 탄소 나노튜브의 성장에 사용되며, 재료로서 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 또는 상기 금속의 임의의 조합의 합금 중의 한 가지를 사용할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 띠모양 촉진제막의 재료로서 철(Fe)을 사용한다. 상기 띠모양 촉진제막은 열증착법(Thermal evaporation), 전자빔증착법(E-beam evaporation) 또는 스퍼터링(Sputtering)에 의해 상기 성장기재의 표면에 형성된다. 또한, 상기 성장기재의 표면에 서로 평행으로 배열된 복수개의 띠모양 촉진제막을 형성할 수 있다. 서로 인접한 띠모양 촉진제막 사이의 간격은 상기 띠모양 촉진제막 위에 성장한 탄소 나노튜브 어레이의 높이 보다 작거나 같다. 복수개의 띠모양 촉진제막 사이의 간격이 10㎛∼10mm이고, 상기 띠모양 촉진제막의 폭이 1㎛∼20㎛인 것이 바람직하다.
(3) 화학기상증착법으로 적어도 하나의 띠모양 탄소 나노튜브 어레이를 성장시킨다.
상기 탄소 나노튜브 어레이의 성장단계[(a)∼ (e)]는 다음과 같다.
(a) 적어도 하나의 띠모양 촉진제막이 형성되어 있는 성장기재를 반응실에 넣는다.
(b) 다음에, 보호기체를 주입하여 반응실 내의 공기를 배출시킨다.
(c) 다음에, 보호기체의 환경 하에서 반응실을 600℃∼900℃까지 가열한 다음 그 온도를 유지한다.
(d) 다음에, 흐름양의 비가 1:30∼1:3의 탄소소스가스 및 운반기체(carrier gas)를 반응실에 주입한 후 5∼30분 동안 반응시켜 탄소 나노튜브를 성장시킨다.
(e) 탄소소스가스의 주입을 정지하여 탄소 나노튜브의 성장을 정지시키는 동시에, 가열을 정지하고 온도를 저하시킨다. 온도를 상온까지 저하한 후 적어도 하나의 띠모양 탄소 나노튜브 어레이가 형성되어 있는 성장기재를 반응실로부터 취출한다.
상기한 보호기체는 질소기체 또는 비활성 기체이다. 상기한 탄소소스가스는 화학적 성질이 비교적 활발한 에틸렌, 메탄, 아세틸렌 등을 사용한다. 상기한 운반기체는 수소기체이다. 상기 탄소소스가스의 흐름양은 20∼200sccm이고, 운반기 체의 흐름양은 50∼600sccm이다. 여기서, "sccm"은 표준상태(0℃, 1기압)에서 분당 유입되는 유체의 양의 단위이다. 탄소소스가스의 주입을 정지한 후, 반응실의 온도가 상온으로 될때까지 보호기체를 주입하여 성장한 탄소 나노튜브가 산화되는 것을 방지한다.
본 실시예에서, 보호기체로서 아르곤기체를 사용하고, 탄소소스기체로서 아세틸렌을 사용하며, 반응온도는 800℃로 하고, 탄소 나노튜브를 성장시키는 시간은 60분으로 한다.
띠모양 탄소 나노튜브 어레이의 높이는 성장시간의 연장에 따라 증가된다. 본 실시예에서, 띠모양 탄소 나노튜브 어레이의 높이는 1mm∼10mm이다. 상기 탄소 나노튜브 어레이는 길이가 비교적 긴 복수개의 탄소 나노튜브에 의해 형성된 순수한 탄소 나노튜브 어레이이다. 즉, 상기한 성장조건(성장온도, 탄소소스가스 및 운반기체의 흐름양의 비)의 제어에 의해, 성장한 탄소 나노튜브 어레이 중에 다른 물질(무정형탄소 또는 촉진제의 금속과립)이 거의 존재하지 않는다.
(4) 띠모양 탄소 나노튜브 어레이의 탄소 나노튜브에 대해 상기 띠모양 탄소 나노튜브 어레이의 길이방향에 수직되는 방향을 따라 기울어 넘어지도록 처리하여 상기 성장기재에 탄소 나노튜브막을 형성한다.
상기한 처리에는 다음과 같은 세가지 방식이 있다. 방식 1은 유기용제 처리법으로 상기 띠모양 탄소 나노튜브 어레이를 처리하여 하나 또는 복수개의 띠모양 탄소 나노튜브막을 형성한다. 방식 2는 기계적 외력처리법으로 상기 띠모양 탄소 나노튜브 어레이를 처리하여 하나 또는 복수개의 띠모양 탄소 나노튜브막을 형성한 다. 방식 3은 기체처리법으로 상기 띠모양 탄소 나노튜브 어레이를 처리하여 하나 또는 복수개의 띠모양 탄소 나노튜브막을 형성한다.
방식 1의 구체적인 단계는 다음과 같다. 우선, 유기용제가 담겨 있는 용기를 제공한다. 다음에, 띠모양 탄소 나노튜브 어레이가 형성되어 있는 성장기재를 상기 용기 중의 유기용제에 침투(浸透)한다. 다음에, 상기 띠모양 탄소 나노튜브 어레이의 길이방향에 수직되는 방향을 따라 상기 성장기재를 상기 유기용제 중으로부터 꺼낸다. 상기 탄소 나노튜브 어레이는 유기용제의 표면장력(Surface Tension)의 작용 하에 기울어 넘어지는 한편 상기 성장기재의 표면에 부착된다. 다음에, 유기용제를 휘발시켜 띠모양 탄소 나노튜브막을 얻는다. 상기 유기용제로서 에탄올(Ethanol), 아세톤(Acetone), 이염화에테인(Dichloroethane) 및, 클로로포름(Chloroform) 등과 같은 휘발성 유기용제를 사용한다. 유기용제처리 후의 상기 띠모양 탄소 나노튜브막은 휘발성 유기용제의 표면장력의 작용 하에 상기 성장기재의 표면에 부착되고, 표면체적비(표면/체적)가 작고, 점착성이 저하되며, 우수한 기계적 강도 및 인성을 갖는다.
방식 2의 구체적인 단계는 다음과 같다. 우선, 압력헤드(Pressure Head)를 제공한다. 다음에, 상기 띠모양 탄소 나노튜브 어레이의 길이방향에 수직되는 방향을 따라 상기 압력헤드로 상기 탄소 나노튜브 어레이에 대해 프레스(press)한다. 이에 따라, 탄소 나노튜브는 상기 띠모양 탄소 나노튜브 어레이의 길이방향에 수직되는 방향을 따라 기울어 넘어져 띠모양 탄소 나노튜브막을 형성한다. 상기 압력헤드는 롤러 압력헤드이다. 기계적 외력을 인가하는 장치로서는 상기 압력헤드에 만 한정되는 것은 아니다. 상기 탄소 나노튜브 어레이 중의 탄소 나노튜브를 띠모양 탄소 나노튜브 어레이의 길이방향을 따라 기울어 넘어지게 할 수만 있다면 평탄한 표면을 갖는 여타 장치이어도 좋다. 프레스하는 압력의 작용 하에 상기 탄소 나노튜브 어레이가 상기 성장기재로부터 탈리되어 복수개의 탄소 나노튜브에 의해 구성되고 자아지지 능력을 갖는 탄소 나노튜브막을 형성한다.
방식 3의 구체적인 단계는 다음과 같다. 우선, 기류를 발생하는 송풍기를 제공한다. 다음에, 상기 띠모양 탄소 나노튜브 어레이의 길이방향에 수직되는 방향을 따라 상기 탄소 나노튜브 어레이에 대해 상기 송풍기로 기류를 인가한다. 이에 따라, 탄소 나노튜브는 상기 띠모양 탄소 나노튜브 어레이의 길이방향에 수직되는 방향을 따라 기울어 넘어져 띠모양 탄소 나노튜브막을 형성한다. 상기 기류를 인가하는 장치에 있어서, 상기 송풍기에만 한정된는 것이 아니라 기류를 발생할 수 있는 임의의 장치를 사용할 수 있다.
또한, 성장기재의 표면에 서로 평행인 복수개의 촉진제막이 형성되고, 각 촉진제막 위에 탄소 나노튜브 어레이가 성장한 경우, 서로 인접한 탄소 나노튜브 어레이 사이의 간격이 상기 탄소 나노튜브 어레이의 높이 보다 작거나 같기 때문에, 상기 단계(4)의 처리를 실시한 후의 복수개의 띠모양 탄소 나노튜브막이 서로 병렬 또는 일부분이 중첩되게 설치되어 하나의 완전한 탄소 나노튜브구조(514)를 형성한다.
본 실시예에서, 제조되는 띠모양 탄소 나노튜브막의 밀도는 띠모양 촉진제막의 폭에 관련된다. 즉, 띠모양 촉진제막의 폭이 클 수록 제조되는 띠모양 탄소 나 노튜브막의 밀도는 크고, 띠모양 촉진제막의 폭이 작을 수록 제조되는 띠모양 탄소 나노튜브막의 밀도는 작다. 또한, 띠모양 촉진제막의 폭을 제어하는 것으로 제조되는 띠모양 탄소 나노튜브막의 밀도를 제어할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 띠모양 촉진제막의 폭은 1㎛∼20㎛이다. 탄소 나노튜브막의 밀도가 비교적 큰 경우, 상기 탄소 나노튜브구조(514)는 자아지지 능력을 갖는다.
카이트-메커니즘방법에 의해 얻는 긴 탄소 나노튜브막의 구조 및 제조단계[(1)∼(2)]는 다음과 같다.
(1) 우선, 성장기재 및 접수기재를 제공하고, 상기 성장기재의 표면에 단분산성 촉진제층이 형성되어 있다.
(2) 다음에, 상기 성장기재와 상기 접수기재를 반응실에 간격을 두고 가지런히 설치한다. 보호기체 환경 하에서 상기 성장기재를 탄소 나노튜브의 성장온도까지 가열하고 탄소소스가스를 주입한다. 탄소 나노튜브는 상기 탄소소스가스의 기류방향을 따라 성장하며, 상기 접수기재에 탄소 나노튜브구조를 형성한다.
상기 촉진제의 재료로서 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 또는 상기 금속의 임의의 조합의 합금재료, 또는 금속염의 단분산성 용액, 또는 금속의 단분산성 용액을 사용할 수 있다. 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 또는 상기 금속의 임의의 조합의 합금재료로 단분산성 촉진제층을 형성할 경우, 증착방법으로 상기 촉진제재료를 상기 성장기재의 표면에 증착하여 단분산성 촉진제층을 형성한다. 금속염의 단분산성 용액 또는 금속의 단분산성 용액으로 단분산성 촉진제층을 형성할 경우, 상기 금속염의 단분산성 용액 또는 금속의 단분산성 용액을 상기 성장기재의 표면에 도 포한 후 건조하여 단분산성 촉진제층을 형성한다.
상기 성장기재는 고온에 견디는 기재이고, 그 재료에 대해 한정하지 않으며, 융점이 탄소 나노튜브 보다 높으면 된다. 상기 접수기재는 평탄한 표면을 갖는 경질(硬質)기재이고, 그 재료에 대해 한정하지 않으며, 일정한 고온에 견디는 성능을 갖는다. 상기 성장기재 및 접수기재의 모양에 대해 한정하지 않는다. 즉, 구형 또는 원형과 같은 임의의 모양일 수 있다.
상기 탄소 나노튜브의 성장온도는 600℃∼1000℃이다. 상기 탄소소스가스의 기류방향은 접수기재의 표면에 평행되고 상기 기류는 상기 성장기재 측으로부터 상기 접수기재 측으로 유동한다. 탄소소스가스를 도입한 후, 상기 성장기재표면의 촉진제과립의 작용 하에 탄소 나노튜브가 성장하기 시작한다. 탄소 나노튜브의 일단은 상기 성장기재에 고정되고 타단은 부단히 성장한다. 상기 촉진제가 단분산성 촉진제과립을 포함하기 때문에 성장한 탄소 나노튜브는 너무 빽빽하지 않아 탄소 나노튜브는 비교적 길게 성장할 수 있다. 상기 성장기재 측으로 탄소소스가스를 부단히 도입하면 성장된 탄소 나노튜브는 상기 탄소소스가스의 기류에 의해 상기 접수기재의 상공에 떠있게 된다. 상기 성장원리를 "카이트-메커니즘원리"라고 한다. 탄소 나노튜브의 성장시간은 제조하고자 하는 탄소 나노튜브의 길이와 관련된다. 본 실시예에서, 성장시간을 30분으로 하여 성장된 탄소 나노튜브의 길이는 8cm에 달한다. 상기 탄소소스가스의 도입을 정지하면, 탄소 나노튜브의 성장이 정지되고, 상기 성장된 탄소 나노튜브들은 평행 및 간격있게 상기 접수기재의 표면에 내려 앉아 탄소 나노튜브막을 형성한다.
또한, 탄소 나노튜브막 중의 탄소 나노튜브의 밀도을 향상하고자 하면, 새로운 성장기재로 바꾸거나, 본래의 성장기재를 꺼내어 세정(洗淨)한 후 새로운 촉진제막을 증착하는 것을 통하여 여러 차례의 탄소 나노튜브의 성장을 실현하여, 이미 탄소 나노튜브막이 형성되어 있는 접수기재에 재차 복수개의 탄소 나노튜브막을 형성한다. 따라서, 상기 접수기재의 탄소 나노튜브막의 밀도를 향상시킨다. 상기 탄소 나노튜브막은 동일한 방향을 따라 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하고, 상기 탄소 나노튜브들이 반 데르 발스의 힘에 의해 긴밀히 결합되어 자아지지 능력을 갖는 탄소 나노튜브구조(514)를 형성한다.
탄소 나노튜브의 비표면적이 상당히 크기 때문에 상기한 방법에 의해 형성된 탄소 나노튜브막 자체가 비교적 강한 점착성을 갖는다. 따라서, 탄소 나노튜브막을 지지체(516)의 표면에 직접 부착시킬 수 있다. 또한, 상기 지지체(516)와 상기 탄소 나노튜브막을 점착제로 부착시킬 수 있다. 이에 따라, 탄소 나노튜브막은 더욱 견고하게 지지체(516)에 고정된다.
또한, 복수층의 탄소 나노튜브막을 동일한 방향을 따라 상기 지지체(516)에 중첩설치할 수 있다. 복수층의 탄소 나노튜브막 사이는 반 데르 발스의 힘으로 긴밀히 연결되어 하나의 완전한 탄소 나노튜브구조(514)를 형성한다. 상기 탄소 나노튜브막의 층수에 대해 한정하지 않는다.
본 실시예의 전자기파신호 검출장치(520)는 탄소 나노튜브구조(514) 및 지지체(516)를 구비한다. 상기 탄소 나노튜브구조(514)는 상기 지지체(516)에 설치되고, 상기 지지체(516)에 의해 지지된다.
상기 탄소 나노튜브구조(514)는 하나의 탄소 나노튜브막, 동일한 방향을 따라 중첩설치된 복수개 탄소 나노튜브막 또는 동일한 방향을 따라 가지런히 배열설치된 복수개의 탄소 나노튜브막을 포함하거나, 하나 또는 복수개의 탄소 나노튜브 선상구조를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브막은 비교적 큰 비표면적을 가지며, 균일하게 분포되고 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다.
본 실시예의 전자기파신호 검출방법에 사용되는 지지체(516)는 상기한 음향발생장치의 제1실시예 중의 지지체(116)와 같다. 또한, 복수개의 탄소 나노튜브막의 중첩설치에 의해 형성된 탄소 나노튜브구조(514)가 자아지지 능력을 갖기 때문에 상기 지지체(516)를 생략할 수 있다.
단계 2
상기 탄소 나노튜브구조(514)로 하여금 전자기파신호(518)를 흡수하여 발열하는 한편 기체매질을 가열하여 음파를 방출하도록 상기 탄소 나노튜브구조(514)의 표면에 전자기파신호(518)를 방사하는 전자기파신호원(512)을 제공한다.
상기 전자기파신호원(512)과 상기 전자기파신호 검출장치(520)를 간격을 두고 설치한다. 다시 말하면, 상기 전자기파신호원(512)과 상기 전자기파신호 검출장치(520)를 마주 대하여 설치해서 상기 전자기파신호원(512)이 발생한 전자기파신호(518)로 하여금 상기 전자기파신호 검출장치(520)의 탄소 나노튜브구조(514)의 표면에 전달되도록 한다. 상기 전자기파신호(518)가 상기 전자기파신호 검출장치의 탄소 나노튜브구조에 수직으로 입사되는 것이 바람직하다. 상기 전자기파신호 원(512)과 상기 전자기파신호 검출장치(520) 사이의 거리가 비교적 먼 경우, 상기 전자기파신호원(512)이 방사한 전자기파신호(518)는 광섬유를 통해 상기 전자기파신호 검출장치(520)의 탄소 나노튜브구조(514)의 표면에 전달될 수 있다.
상기 전자기파신호원(512)은 상기한 음향발생장치의 제1실시예의 전자기파신호 입력장치(112)와 같다. 상기 전자기파신호원(512)으로서 펄스 레이저 발생기를 사용하는 것이 바람직하다.
탄소 나노튜브는 전자기파에 대한 흡수가 절대흑체에 접근하므로, 상기 탄소 나노튜브는 각종 파장의 전자기파에 대해 균일한 흡수특성을 갖는다. 따라서, 탄소 나노튜브구조(514)도 각종 파장의 전자기파에 대해 균일한 흡수특성을 갖는다. 또한, 탄소 나노튜브가 비교적 작은 열 용량 및 비교적 큰 열 발산 면적을 갖는다. 이에 따라, 탄소 나노튜브가 레이저와 같은 전자기파 에너지를 흡수하여 신속히 승온되는 동시에 주위 공기 또는 여타 매질과 신속히 열 교환을 진행한다. 이에 따라, 주위 공기 또는 여타 매질이 신속히 열팽창 및 열수축되어 음향을 방출한다. 상기 탄소 나노튜브구조(514)는 대량의 탄소 나노튜브에 의해 구성되었기 때문에 전자기파신호(518)의 주파수가 적합하고 탄소 나노튜브구조(514) 주위 매질이 공기인 경우, 탄소 나노튜브구조(514)가 방출하는 음향은 사람의 귀로 직접 감지할 수 있다.
단계 3
상기 전자기파신호 검출장치(520)의 탄소 나노튜브구조(514)를 회전시켜 상기 탄소 나노튜브구조(514)가 방출하는 음파의 강도를 기초로 상기 전자기파신 호(518)의 강도 및 편파방향을 판단한다.
구체적으로 말하면, 상기 전자기파신호 검출장치(520)를 회전판에 배치하고, 상기 회전판을 회전시키는 것으로 상기 전자기파신호 검출장치(520)를 회전시킨다. 상기 탄소 나노튜브구조(514) 중의 탄소 나노튜브들은 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열되었기 때문에, 상기 전자기파신호(518)가 입력되는 경우 상기 전자기파신호(518)에 있어서, 진동방향이 상기 탄소 나노튜브의 길이방향에 평행이면 상기 탄소 나노튜브구조(514)에 의해 흡수되고, 진동방향이 상기 탄소 나노튜브의 길이방향에 수직이면 상기 탄소 나노튜브구조(514)를 투과한다. 상기 전자기파신호(518)가 편파의 전자기파신호(518)인 경우, 상기 전자기파신호(518)에 있어서, 편파방향이 상기 탄소 나노튜브의 길이방향에 평행이면 상기 탄소 나노튜브구조(514)가 상기 전자기파신호(518)에 대한 흡수가 제일 강렬(强烈)하며 방출하는 음향의 강도도 제일 크고, 편파방향이 상기 탄소 나노튜브의 길이방향에 수직이면 상기 탄소 나노튜브구조(514)가 상기 전자기파신호(518)에 대한 흡수가 제일 미약(微弱)하며 방출하는 음향의 강도도 제일 작다. 따라서, 상기 전자기파신호 검출장치(520)를 연속적으로 회전시키면 주기적으로 강약(强弱)이 교체변화되는 소리를 들을 수 있다. 상기 음향의 강도가 제일 큰 경우, 탄소 나노튜브의 길이 방향을 기초로 상기 전자기파신호(518)의 편파방향을 판단할 수 있다. 또한, 상기 전자기파신호(518)의 강도가 클수록 상기 탄소 나노튜브구조(514)가 방출하는 음향의 강도도 크다. 따라서, 상기 전자기파신호(518)의 강도를 판단할 수 있다.
상기 전자기파신호(518)의 편파방향 및 강도를 정량(定量)적으로 측정하기 위하여, 상기 단계 3에 상기 음파의 강도 및 변화를 정량적으로 측정할 수 있는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로 말하면, 상기 탄소 나노튜브구조(514)의 부근에 음향-전기 변환장치(530)를 설치하고, 상기 음향-전기 변환장치(530)를 전압측정장치(540)에 전기접속시킨다. 상기 음향-전기 변환장치(530)는 상기 탄소 나노튜브구조(514)가 방출한 음향신호를 전기신호로 변환한다. 상기 음향-전기 변환장치(530)는 비교적 우수한 민감도를 갖는다. 예컨대, 콘덴서 마이크로폰(Condenser microphone), 음향신호 탐측기, 고민감도 마이크로폰 및, 압력센서일 수 있다. 본 실시예에서, 상기 음향-전기 변환장치(530)로서 콘덴서 마이크로폰을 사용한다. 상기 전압측정장치(540)는 상기 음향-전기 변환장치(530)가 발생하는 전기신호의 전압을 측정한다. 강도를 이미 알고 있는 전자기파신호(518)를 통해 측정하고자 하는 전자기파신호(518)를 표정(標定)하여 측정하고자 하는 전자기파신호(518)의 강도를 얻는다. 구체적으로 말하면, 표준음원으로서 강도를 이미 알고 있는 전자기파신호(518)를 제공하여 상기 탄소 나노튜브구조(514)로 하여금 음향을 방출하게 한다. 상기 음향-전기 변환장치(530) 및 전압측정장치(540)를 통해 상기 탄소 나노튜브구조(514)가 방출한 음향에 대응되는 전기신호의 전압을 측정하여 그 전압을 표준전압으로 한다. 측정하고자 하는 전자기파신호(518)의 강도를 측정할 경우, 측정하여 얻은 전압을 상기 표준전압에 비교하여 측정하고자 하는 전자기파신호(518)의 강도를 계산하여 낸다.
상기 전압측정장치(540)로서 오실로그래프(oscillograph) 또는 전압계를 사 용할 수 있다. 또한, 상기 탄소 나노튜브구조(514), 음향-전기 변환장치(530) 및, 전압측정장치(540)를 함께 설치할 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 상기 전자기파신호 검출장치(520)는 음향-전기 변환장치(530) 및 전압측정장치(540)를 추가로 구비하여, 상기 전자기파신호(518)의 강도 및 편파방향을 정량적으로 측정할 수 있는 전자기파신호 검출장치(520)를 형성한다. 상기 음향-전기 변환장치(530)를 탄소 나노튜브구조(514)의 부근에 설치하여 상기 탄소 나노튜브구조(514)가 방출한 음향신호를 전기신호로 변환시킨다. 상기 전압측정장치(540)를 상기 음향-전기 변환장치(530)에 전기접속시켜 상기 음향-전기 변환장치(530)가 발생하는 전기신호의 전압을 측정한다. 상기 음향-전기 변환장치(530)는 콘덴서 마이크로폰, 음향신호 탐측기, 고민감도 마이크로폰 및, 압력센서 등과 같은 비교적 우수한 민감도를 갖는 음향-전기 변환장치(530)이다. 본 실시예에서, 상기 음향-전기 변환장치(530)로서 콘덴서 마이크로폰을 사용하고, 상기 전압측정장치로서 전압계 또는 오실로그래프를 사용한다.
도 17 내지 도 19는 정량적으로 측정한 탄소 나노튜브구조(514)가 방출한 음파신호의 강도와 상기 탄소 나노튜브구조(514) 중의 탄소 나노튜브들의 배열방향 및 전자기파신호(518)의 강도의 관계이다. 상기 전자기파신호 검출장치(520)에 있어서, 탄소 나노튜브구조(514)는 단층의 탄소 나노튜브막이고, 상기 전자기파신호(518)는 펨토세컨 레이저(Femtosecond Laser)이다.
도 17은 상기 탄소 나노튜브막이 레이저를 흡수한 후 발생한 음압-시간의 곡선이다. 도 18에서의 횡좌표는 탄소 나노튜브막 중의 탄소 나노튜브의 배열방향과 레이저의 편파방향이 이루는 각을 표시한다. 도 18에서 알 수 있는 바와 같이, 탄소 나노튜브의 배열방향과 레이저의 편파방향이 평행이면 탄소 나노튜브막이 방출하는 음향 강도가 제일 강하고, 탄소 나노튜브의 배열방향과 레이저의 편파방향이 수직이면 탄소 나노튜브막이 방출하는 음향 강도가 제일 약하다. 도 19에서의 횡좌표는 레이저의 강도를 표시한다. 도 19에서 알 수 있는 바와 같이, 레이저의 강도가 클 수록 탄소 나노튜브막이 방출하는 음향의 음압이 크다.
본 발명에 따른 전자기파신호 검출방법 및 검출장치는 아래와 같은 이점이 있다.
첫째, 상기 전자기파신호 검출방법에 사용되는 전자기파신호 검출장치는 탄소 나노튜브구조에 의해 형성되므로, 탄소 나노튜브구조의 각도만을 개변하는 것으로 측정하고자 하는 전자기파신호의 편파방향을 판단할 수 있고, 탄소 나노튜브구조가 방출하는 음향의 강도만으로 측정하고자 하는 전자기파신호의 강도를 판단할 수 있다. 따라서, 전자기파신호의 검출방법이 간단하며 용이하게 실시할 수 있다.
둘째, 상기 탄소 나노튜브구조는 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열된 탄소 나노튜브로만 구성되었기 때문에, 구조가 간단하고 전자기파신호의 검측비용의 저하에 유리하다.
셋째, 탄소 나노튜브는 각종 파장에 대해 균일한 흡수특성을 가지기 때문에, 탄소 나노튜브구조에 의해 형성된 전자기파신호 검측장치는 각종 파장의 전자기파신호의 측정에 사용될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 본 발명의 범위 는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니고, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 동전형 확성기의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 음향발생장치의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 음향발생장치 중의 탄소 나노튜브 드로잉막의 전자현미경 사진이다.
도 4는 도 3의 탄소 나노튜브 드로잉막 중의 탄소 나노튜브 단편의 표시도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 음향발생장치 중의 긴 탄소 나노튜브막의 전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 음향발생장치 중의 탄소 나노튜브 면모구조막의 전자현미경 사진이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소 나노튜브를 동일한 방향을 따라 배열한 프레스막의 전자현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소 나노튜브를 동일하지 않은 방향을 따라 배열한 프레스막의 전자현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 묶음형태 탄소 나노튜브선의 전자현미경 사진이다.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 비틀림형태 탄소 나노튜브선의 전자현미경 사진이다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 음향발생장치의 구조도이다.
도 12는 본 발명의 음향전송시스템의 제1실시예의 구조도이다.
도 13은 본 발명의 음향전송시스템의 제2실시예의 구조도이다.
도 14는 본 발명에 따른 전자기파신호 검출방법의 흐름도이다.
도 15는 본 발명에 따른 전자기파신호 검출과정의 표시도이다.
도 16은 본 발명에 따른 전자기파신호 검출장치의 구조도이다.
도 17은 본 발명에 따른 전자기파신호가 음파를 발생하는 음압곡선이다.
도 18은 본 발명에 따른 전자기파신호 편파방향과 음파 강도의 관계도이다.
도 19는 본 발명에 따른 전자기파신호 강도와 음파 강도의 관계도이다.
도면부호설명
10 --- 음향발생장치 112 --- 전자기파신호 입력장치
114 --- 음향발생소자 116 --- 지지체
118 --- 변조장치 120 --- 전자기파신호
143 --- 탄소 나노튜브단편 145 --- 탄소 나노튜브

Claims (15)

  1. 전자기파신호 입력장치와, 상기 전자기파신호 입력장치와 대응되면서 간격을 두고 설치된 음향발생소자를 구비하는 음향발생장치에 있어서,
    상기 음향발생소자가 탄소 나노튜브구조를 포함하고,
    상기 탄소 나노튜브구조는 상기 전자기파신호 입력장치가 방사한 전자기파신호를 수신하여 음파를 방출하는 것을 특징으로 하는 음향발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브구조의 단위면적의 열용량은 2×10-4J/cm2ㆍK 보다 작은 것을 특징으로 하는 음향발생장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 음향발생소자가 방출하는 음향의 주파수는 1Hz∼100kHz인 것을 특징으로 하는 음향발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브구조는 탄소 나노튜브막, 탄소 나노튜브 선상구조 또는 임의의 조합형식의 복합구조일 수 있는 것을 특징으로 하는 음향발생장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브막은 끝단과 끝단이 서로 연결되고, 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향발생장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브구조가 층상구조이고, 그 두께가 0.5nm∼1mm인 것을 특징으로 하는 음향발생장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브구조가 균일하게 분포된 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향발생장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자기파신호가 무선전파, 적외선, 가시광선, 자외선, 마이크로파, X-방사선 및, 감마-방사선의 일종 또는 몇종인 것을 특징으로 하는 음향발생장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전자기파신호 입력장치가 광신호원을 구비하고, 상기 전자기파신호 입력장치가 상기 광신호원에 의해 광신호를 방사하며, 상기 광신호의 파장범위가 자외선으로부터 원적외선에까지 이르는 것을 특징으로 하는 음향발생장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광신호원은 펄스 레이저 발생기인 것을 특징으로 하는 음향발생장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전자기파신호의 평균 전력밀도의 범위가 1μW/mm2∼20W/mm2인 것을 특징으로 하는 음향발생장치.
  12. 음향발생장치에 있어서,
    대량의 탄소 나노튜브를 포함하는 탄소 나노튜브구조를 포함하고, 상기 탄소 나노튜브구조가 전자기파신호를 수신하는 것을 통해 전자기파를 열(熱)로 변환시키고 주위 매질의 밀도를 개변시켜 음파를 방출하는 것을 특징으로 하는 음향발생장치.
  13. 음향전송시스템에 있어서,
    음향신호를 전기신호로 변환하는 음향-전기 변환장치와,
    상기 음향-전기 변환장치에 전기접속되고 상기 음향-전기변환 장치가 방사한 전기신호를 전자기파신호로 변환하는 전기(電)-파(波) 변환장치 및,
    상기 전기-파 변환장치와 대응되면서 간격을 두고 설치된 음향발생소자를 구비하여 구성되고,
    상기 음향발생소자가 탄소 나노튜브구조를 포함하고, 상기 탄소 나노튜브구조는 상기 전자기파신호 입력장치가 방사한 신호를 수신하여 음파를 방출하는 것을 특징으로 하는 음향전송시스템.
  14. 전자기파신호 검출방법에 있어서,
    기본적으로 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하는 탄소 나노튜브구조를 제공하는 단계와,
    상기 탄소 나노튜브구조가 전자기파신호를 수신하여 음파를 방출하도록 상기 탄소 나노튜브구조의 표면에 전자기파신호를 방사하는 전자기파신호원을 제공하는 단계 및,
    상기 탄소 나노튜브구조를 회전시켜 상기 탄소 나노튜브구조가 방출하는 음파의 강도를 기초로 상기 전자기파신호의 강도 및 편파방향을 판단하는 단계를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 전자기파신호 검출방법.
  15. 전자기파신호 검출장치에 있어서,
    동일한 방향을 따라 우선방위로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하고 전자기파신호를 수신하여 음파를 방출하는 탄소 나노튜브구조와,
    상기 탄소 나노튜브구조 부근에 설치되고 상기 탄소 나노튜브구조가 발생하는 음파를 전기신호로 변환하는 음향-전기 변환장치 및,
    상기 음향-전기 변환장치에 전기접속되고 상기 전자기파신호의 전압치를 측정하는 전압측정장치를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 전자기파신호 검출장치.
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