TWI403182B - 振動膜及應用該振動膜的揚聲器 - Google Patents

Description

振動膜及應用該振動膜的揚聲器

本發明涉及一種振動膜及應用該振動膜的揚聲器，尤其涉及一種基於奈米碳管的振動膜及應用該振動膜的揚聲器。

揚聲器係一種把電信號轉換成聲音信號的電聲器件。具體地，揚聲器能將一定範圍內的音頻電功率信號通過換能方式轉變為失真小並具有足够聲壓級的可聽聲音。按照揚聲器的工作原理，先前的揚聲器可分為電動式、壓電式以及靜電式揚聲器等。其中電動式揚聲器結構簡單、音質優秀且成本低，因此應用最為廣泛。

先前技術中的電動式揚聲器通常包括振動膜、音圈骨架、音圈、定心支片、磁鐵以及外殼等幾個部分。揚聲器在工作時，通入音頻電信號的音圈在磁場中受到力的作用，從而帶動振動膜做機械振動並發出聲音。

在評價揚聲器的優劣時，揚聲器的音量係决定性因素之一。揚聲器的音量與輸入功率及電聲轉換效率有關。當輸入功率越大，電聲轉換效率越高，揚聲器發出的音量越大。然而，當輸入功率增大時，振動膜易發生變形甚至破裂，從而使發出的聲音產生失真。因此，振動膜的强度和楊氏模量係决定 其額定功率的决定因素。額定功率即不使揚聲器產生失真的輸入功率。另，單位面積振動膜的質量越輕，則使振動膜產生振動所消耗的能量越小，揚聲器的電聲轉換效率越高，進而相同輸入功率產生的音量越大。

綜上所述，振動膜的强度以及楊氏模量越大，密度越小，則揚聲器的音量越大。

然而，先前技術中，振動膜材料為聚合物、金屬、陶瓷或紙，聚合物及紙的强度及彈性模量仍然較低，金屬及陶瓷的質量較大，從而使先前的揚聲器的額定功率較低。一般的微型揚聲器的輸入功率僅為0.3~0.5W。另一方面，採用先前材料制得的振動膜，其密度較大，使揚聲器的電聲轉換效率無法進一步提高。因此，為提高揚聲器的額定功率及電聲轉換效率，進而提高揚聲器的音量，目前對先前的電動式揚聲器的改進重點在提高振動膜的强度及楊氏模量，以及减小振動膜的密度，即提高振動膜的比强度(即强度/密度)及比模量(即模量/密度)。

奈米碳管係九十年代初才發現的一種新型一維奈米材料，具有較輕的質量且沿軸向具有較高的强度。由於奈米碳管優良的力學性質，將奈米碳管作為增强材料應用至揚聲器領域日益引起人們的關注。卞基滿等人於2008年10月15日公開的中國專利申請第CN101288336A號中公開了一種揚聲器振動膜，其通過表面活性劑、硬脂酸或脂肪酸將奈米碳管粉末分散於振膜的基體材料中，從而增强振動膜的整體强度。然而，該 奈米碳管的形態為粉末狀，由於奈米碳管具有極大的比表面積，粉末狀的奈米碳管在基體材料中極易團聚，使得加入奈米碳管的比例越大，分散越困難。進一步地，在基體材料中分散該奈米碳管粉末需要涉及大量表面活性劑、化學添加劑以及複雜的化學反應工藝過程，從而向該振動膜中引入雜質，且不利於環保。

有鑒於此，提供一種强度及楊氏模量較高的振動膜以及應用該振動膜的揚聲器實為必要。

一種振動膜，包括：一振膜基體；以及至少一增强結構複合於該振膜基體中，其中，該增强結構由至少一自支撑的奈米碳管結構組成。

一種振動膜，包括：一振膜基體；以及至少一增强結構複合於該振膜基體中，其中，該增强結構包括至少一自支撑的奈米碳管結構以及至少一增强體形成的複合結構。

一種振動膜，包括：一振膜基體；以及至少一增强結構複合於該振膜基體中，其中，該增强結構包括至少一自支撑的奈米碳管結構，該奈米碳管結構包括多個奈米碳管，該奈米碳管表面包覆至少一包覆層。

一種振動膜，包括：一振膜基體；以及多個奈米碳管分布於該振膜基體中；其中，該多個奈米碳管至少組成一自支撑的奈米碳管結構。

一種揚聲器，包括：一音圈骨架；一音圈，該音圈纏繞在所述音圈骨架一端的外圍；一振動膜，該振動膜與所述音圈骨架相連接；以及一磁場系統，該磁場系統具有一磁場間隙，所述音圈設置在該磁場間隙中；其中，該振動膜包括一振膜基體以及至少一自支撑的增强結構複合於該振膜基體中，該自支撑的增强結構包括多個奈米碳管。

相較於先前技術，所述的振動膜採用自支撑結構的奈米碳管結構整體浸潤於基體材料中。該自支撑的奈米碳管結構中，奈米碳管通過凡德瓦爾力相互吸引，從而使奈米碳管結構的强度較大，進而使振動膜的强度及楊氏模量較高。將該奈米碳管結構與基體材料直接複合形成振動膜無需分散過程，比通過分散奈米碳管粉末的方式形成振動膜工藝簡單，且奈米碳管在振動膜中的比例不受分散的限制。

10,20‧‧‧振動膜

12,22‧‧‧增强結構

120,220‧‧‧奈米碳管線狀結構

122‧‧‧奈米碳管膜

14,24‧‧‧振膜基體

145‧‧‧奈米碳管

147‧‧‧包覆層

260‧‧‧線狀增强體

280‧‧‧奈米碳管線狀複合結構

40‧‧‧揚聲器

402‧‧‧支架

404‧‧‧磁場系統

406‧‧‧音圈

408‧‧‧音圈骨架

410‧‧‧振動膜

412‧‧‧定心支片

413‧‧‧中心孔

414‧‧‧底部

415‧‧‧空腔

416‧‧‧導磁下板

418‧‧‧導磁上板

420‧‧‧磁體

422‧‧‧導磁芯柱

424‧‧‧磁場間隙

圖1為本發明第一實施例的振動膜的結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例包括多個奈米碳管膜的振動膜的結構示意圖。

圖3為本發明第一實施例具有環狀奈米碳管結構的振動膜的頂視圖。

圖4為本發明第一實施例具有放射狀排列的奈米碳管線狀結構的振動膜的頂視圖。

圖5為本發明第一實施例具有平行排列的奈米碳管線狀結構 的振動膜的結構示意圖。

圖6為本發明第一實施例具有交叉排列的奈米碳管線狀結構的振動膜的頂視圖。

圖7為本發明第一實施例具有相互編織的奈米碳管線狀結構的振動膜的頂視圖。

圖8為本發明第二實施例具有平行排列的奈米碳管線狀結構和線狀增强體的振動膜的結構示意圖。

圖9為本發明第二實施例具有交叉排列的奈米碳管線狀結構和線狀增强體的振動膜的結構示意圖。

圖10為本發明第二實施例具有相互編織的奈米碳管線狀結構和線狀增强體的振動膜的結構示意圖。

圖11為本發明第二實施例具有平行排列的奈米碳管線狀結構和線狀增强體的線狀奈米碳管複合結構的結構示意圖。

圖12為本發明第二實施例具有扭轉排列的奈米碳管線狀結構和線狀增强體的線狀奈米碳管複合結構的結構示意圖。

圖13為本發明第三實施例表面具有一包覆層的奈米碳管的剖視示意圖。

圖14為本發明實施例的揚聲器的結構示意圖。

圖15為本發明實施例的揚聲器的沿揚聲器軸線的剖視示意圖。

以下將結合附圖及具體實施例詳細說明本發明提供的振動膜及應用該振動膜的揚聲器。

請參閱圖1，本發明第一實施例提供一振動膜10，其包括一振膜基體14以及一個或多個增强結構12與該振膜基體14複合。具體地，該增强結構12包括多個奈米碳管，該多個奈米碳管間具有間隙從而形成多個微孔，該振膜基體14材料滲透入該增强結構12的多個微孔中，從而形成一複合結構。當該振膜基體14的體積較大時，該增强結構12複合於振膜基體14內部，並被該振膜基體14完全包覆。當然，當振動膜10中的增强結構12含量較多時，增强結構12表面的奈米碳管部分暴露於該振動膜10表面。該振動膜10為一具有一定厚度的類二維結構。該多個增强結構12可相互接觸或相互間隔。可以理解，雖然圖1中的振動膜為矩形結構，但實際應用時可根據具體需要將該振動膜10切割成圓形，橢圓形或其他形狀，以適用於不同揚聲器。因此，該振動膜10的形狀不限。

該振膜基體14的材料可為金屬、金剛石、陶瓷、紙、纖維素及聚合物中的一種或多種。該聚合物可為聚丙烯、聚對苯二甲酸乙酯(PET)、聚乙烯亞胺(PEI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)或聚醚碸(PES)。

該增强結構12包括多個奈米碳管。該增强結構12為一自支撑結構。所謂“自支撑結構”即該增强結構12無需通過一支撑 體支撑，也能保持自身特定的形狀。該自支撑的增强結構12包括多個奈米碳管，該多個奈米碳管通過凡德瓦爾力相互吸引，從而形成一網絡結構，並使該增强結構12具有特定的形狀。由於該增强結構12具有自支撑性，在不通過支撑體表面支撑時仍可保持固定的形狀。該增强結構12中的奈米碳管為無序或有序排列。這裏的有序指至少多數奈米碳管的排列方向具有一定規律。具體地，奈米碳管沿一個方向或者多個方向擇優取向排列。該增强結構12的厚度優選為0.5奈米~1毫米。該增强結構12中的奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或多種。所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米，所述雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~50奈米，所述多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。優選地，所述增强結構12中奈米碳管沿一固定方向擇優取向排列。

優選地，該增强結構12為一自支撑的奈米碳管結構。該奈米碳管結構可為面狀或線狀。該奈米碳管結構由均勻分布的奈米碳管組成，奈米碳管之間通過凡德瓦爾力緊密結合。可以理解，該奈米碳管結構具有較好的純度，即除奈米碳管外的其他物質僅以微量雜質方式存在。該奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜、至少一奈米碳管線狀結構或所述奈米碳管膜和奈米碳管線狀結構的複合結構。該奈米碳管線狀結構包括至少一奈米碳管線。該多個奈米碳管線可相互平行排列組成一束狀結構，或相互扭轉組成一絞線結構。該多個奈米碳管 線狀結構也可相互編織形成一面狀的奈米碳管結構。請參閱圖2，當該奈米碳管結構12包括多個奈米碳管膜122時，該多個奈米碳管膜122可相互併排或層叠，形成面狀的奈米碳管結構12。

具體地，所述增强結構12與振膜基體14複合可包括以下幾種方式。

該奈米碳管結構可包括至少一奈米碳管膜122。如圖2所示，該多個奈米碳管膜122相互層叠或相互併排設置於振膜基體14內部。該多個奈米碳管膜122可相互接觸或相互間隔。

該奈米碳管結構可包括至少一奈米碳管線狀結構。該奈米碳管線狀結構可排滿整個振膜基體14內部，或選擇性的設置於所述振動膜10需要增加强度及楊氏模量的位置。該奈米碳管線狀結構可相互間隔或相互交叉的設置於該振膜基體14中。請參閱圖3，該奈米碳管線狀結構120圍成環形，設置於圓形的振膜基體14內部，該環形的奈米碳管線狀結構120與該圓形的振膜基體14呈同心圓設置。請參閱圖4，多個平直或彎曲的奈米碳管線狀結構120以圓形的振膜基體14的圓心為中心，呈放射狀排列於該振膜基體14的中。可以理解，所述奈米碳管線狀結構120的排列不限於上述兩種情况。例如，一根奈米碳管線狀結構120可呈螺線狀設置於振膜基體14內部。上述奈米碳管線狀結構120可增加振動膜10的强度及楊氏模量，尤其可在需要的位置任意設置，從而選擇性的增强該振動膜10受力較强的位置。

如圖5~圖7所示，該多個奈米碳管線狀結構120相互併排、相互交叉或相互編織，從而形成該奈米碳管結構，並設置於該振膜基體14內部。可以理解，該多個奈米碳管線狀結構120可相互編織成一奈米碳管布，該奈米碳管布可作為面狀奈米碳管結構應用於該振動膜10中。

該奈米碳管結構的面積可基本與所述振膜基體14的面積相等。另，可通過圖形化步驟如刻蝕或切割，在振膜基體14內部形成圖形化的奈米碳管結構。

該增强結構12可包括奈米碳管膜122及奈米碳管線狀結構120的複合，該奈米碳管線狀結構120相互併排、交叉或編織並設置於該奈米碳管膜122一表面，或夾於兩奈米碳管膜122之間。

該奈米碳管膜可係奈米碳管拉膜、奈米碳管絮化膜或奈米碳管碾壓膜。

所述奈米碳管結構可包括至少一奈米碳管拉膜，該奈米碳管拉膜為從奈米碳管陣列中直接拉取獲得的一種具有自支撑性的奈米碳管膜。每一奈米碳管拉膜包括多個沿同一方向擇優取向且平行於奈米碳管拉膜表面排列的奈米碳管。所述奈米碳管通過凡德瓦爾力首尾相連。具體地，每一奈米碳管拉膜包括多個連續且定向排列的奈米碳管片段。該多個奈米碳管片段通過凡德瓦爾力首尾相連。每一奈米碳管片段包括多個相互平行的奈米碳管，該多個相互平行的奈米碳管通過凡德 瓦爾力緊密結合。該奈米碳管片段具有任意的寬度、厚度、均勻性及形狀。所述奈米碳管拉膜的厚度為0.5奈米~100微米，寬度與拉取該奈米碳管拉膜的奈米碳管陣列的尺寸有關，長度不限。當該奈米碳管結構由奈米碳管拉膜組成，且奈米碳管結構的厚度比較小時，例如小於10微米，該奈米碳管結構有很好的透明度，其透光率可達到90%，可與透明的振膜基體14配合，用於製造一透明振動膜10。所述奈米碳管拉膜的具體結構及其製備方法請參見范守善等人於2007年2月9日申請的，於2008年8月13公開的第CN101239712A號中國大陸公開專利申請(奈米碳管膜結構及其製備方法，申請人：清華大學，鴻富錦精密工業(深圳)有限公司)。

當所述奈米碳管結構包括層叠設置的多層奈米碳管拉膜時，相鄰兩層奈米碳管拉膜中的擇優取向排列的奈米碳管之間形成一交叉角度α，α大於等於0度小於等於90度(0°≦α≦90°)。所述多個奈米碳管拉膜之間或一個奈米碳管拉膜之中的相鄰的奈米碳管之間具有一定間隙，從而在奈米碳管結構中形成多個微孔，微孔的孔徑約小於10微米。

所述奈米碳管結構可為一奈米碳管絮化膜，該奈米碳管絮化膜為將一奈米碳管原料絮化處理獲得的一自支撑的奈米碳管膜。該奈米碳管絮化膜包括相互纏繞且均勻分布的奈米碳管。奈米碳管的長度大於10微米，優選為200~900微米，從而使奈米碳管相互纏繞在一起。所述奈米碳管之間通過凡德瓦爾力相互吸引、纏繞，形成網絡狀結構。所述奈米碳管絮化 膜各向同性。所述奈米碳管絮化膜中的奈米碳管為均勻分布，無規則排列，形成大量的微孔結構，微孔孔徑約小於10微米。所述奈米碳管絮化膜的長度和寬度不限。由於在奈米碳管絮化膜中，奈米碳管相互纏繞，因此該奈米碳管絮化膜具有很好的柔韌性，且為一自支撑結構，可彎曲折叠成任意形狀而不破裂。所述奈米碳管絮化膜的面積及厚度均不限，厚度為1微米~1毫米，優選為100微米。所述奈米碳管絮化膜的具體結構及其製備方法請參見范守善等人於2007年4月13日申請的第200710074699.6號中國大陸專利申請(奈米碳管膜的製備方法，申請人：清華大學，鴻富錦精密工業(深圳)有限公司)。

所述奈米碳管結構可為一奈米碳管碾壓膜，該奈米碳管碾壓膜為通過碾壓一奈米碳管陣列獲得的一種具有自支撑性的奈米碳管膜。該奈米碳管碾壓膜包括均勻分布的奈米碳管，奈米碳管沿同一方向或不同方向擇優取向排列。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管相互部分交叠，並通過凡德瓦爾力相互吸引，緊密結合，使得該奈米碳管結構具有很好的柔韌性，可彎曲折叠成任意形狀而不破裂。且由於奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管之間通過凡德瓦爾力相互吸引，緊密結合，使奈米碳管碾壓膜為一自支撑的結構。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管與形成奈米碳管陣列的生長基底的表面形成一夾角β，其中，β大於等於0度且小於等於15度(0<β≦15°)，該夾角β與施加在奈米碳管陣列上的壓力有關，壓力越大， 該夾角越小，優選地，該奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管平行於該生長基底排列。該奈米碳管碾壓膜為通過碾壓一奈米碳管陣列獲得，依據碾壓的方式不同，該奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管具有不同的排列形式。具體地，奈米碳管可無序排列；當沿不同方向碾壓時，奈米碳管沿不同方向擇優取向排列；當沿同一方向碾壓時，奈米碳管沿一固定方向擇優取向排列。該奈米碳管碾壓膜中奈米碳管的長度大於50微米。

該奈米碳管碾壓膜的面積和厚度不限，可根據實際需要選擇。該奈米碳管碾壓膜的面積與奈米碳管陣列的尺寸基本相同。該奈米碳管碾壓膜厚度與奈米碳管陣列的高度以及碾壓的壓力有關，可為1微米~1毫米。可以理解，奈米碳管陣列的高度越大而施加的壓力越小，則製備的奈米碳管碾壓膜的厚度越大；反之，奈米碳管陣列的高度越小而施加的壓力越大，則製備的奈米碳管碾壓膜的厚度越小。所述奈米碳管碾壓膜之中的相鄰的奈米碳管之間具有一定間隙，從而在奈米碳管碾壓膜中形成多個微孔，微孔的孔徑約小於10微米。所述奈米碳管碾壓膜的具體結構及其製備方法請參見范守善等人於2007年6月1日申請的第200710074027.5號中國大陸專利申請(奈米碳管膜的製備方法，申請人：清華大學，鴻富錦精密工業(深圳)有限公司)。

當奈米碳管以一定規則有序排列，在該奈米碳管排列方向上，該奈米碳管膜能够充分利用奈米碳管軸向具有的較大强度及楊氏模量，從而使該奈米碳管膜沿其中奈米碳管的排列方 向具有較大强度及楊氏模量。當將該奈米碳管膜形成一奈米碳管結構設置於該振膜基體14中，可根據振膜基體14需要增加强度及楊氏模量的位置及方向通過改變該奈米碳管膜的設置方向，改變該振動膜10不同方向上的强度及楊氏模量，從而適應不同揚聲器的應用需要。

所述奈米碳管線狀結構可包括至少一奈米碳管線。該奈米碳管線可為非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線。該非扭轉的奈米碳管線為將奈米碳管拉膜通過有機溶劑處理得到。該非扭轉的奈米碳管線包括多個沿奈米碳管線長度方向排列的奈米碳管。具體地，該非扭轉的奈米碳管線包括多個奈米碳管通過凡德瓦爾力首尾相連且沿奈米碳管線軸向擇優取向排列。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米-100微米。所述奈米碳管線的具體結構及製備方法請參見范守善等人於2002年9月16日申請的，於2008年8月20日公告的中國專利第CN100411979C號，以及於2005年12月16日申請的，於2007年6月20日公開的中國專利申請第CN1982209A號。

該扭轉的奈米碳管線為採用一機械力將所述奈米碳管拉膜兩端沿相反方向扭轉獲得。該扭轉的奈米碳管線包括多個繞奈米碳管線軸向螺旋排列的奈米碳管。具體地，該扭轉的奈米碳管線包括多個奈米碳管通過凡德瓦爾力首尾相連且沿奈米碳管線軸向呈螺旋狀延伸。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉的奈米碳管線長度不限，直 徑為0.5奈米-100微米。

由於該奈米碳管線為採用有機溶劑或機械力處理上述奈米碳管拉膜獲得，該奈米碳管拉膜為自支撑結構，故該奈米碳管線為自支撑結構。另，該奈米碳管線中相鄰奈米碳管間存在間隙，故該奈米碳管線具有大量微孔，微孔的孔徑約小於10微米。

所述奈米碳管線中奈米碳管基本沿該奈米碳管線的長度方向平行或螺旋排列，因此，該奈米碳管線在長度方向具有較大强度及楊氏模量。當將該奈米碳管線形成一奈米碳管結構設置於該振膜基體14中，可根據振膜基體14需要增加强度及楊氏模量的位置及方向來設計該奈米碳管線的設置方向，改變該振動膜10不同方向上的强度及楊氏模量，從而適應不同揚聲器的應用需求。

本發明第二實施例提供一種振動膜，其包括一振膜基體以及至少一增强結構與該振膜基體複合。

該第二實施例的振動膜與第一實施例的振動膜10結構基本相同，其區別在於，該增强結構為一奈米碳管結構與另一種增强體的複合結構。

該複合結構包括奈米碳管線狀結構和奈米碳管膜中的至少一種與面狀增强體和線狀增强體中的至少一種的複合。該奈米碳管線狀結構、奈米碳管膜、面狀增强體和線狀增强體的數量均可為一個或多個。該奈米碳管線狀結構與第一實施例中 的奈米碳管線狀結構120具有相同結構，該奈米碳管膜與第一實施例的奈米碳管膜122具有相同的結構。

該增强結構可包括多個奈米碳管線狀結構與多個線狀增强體。請參閱圖8~10，在所述振動膜20中，該多個奈米碳管線狀結構220與多個線狀增强體260相互平行且交替排列、相互交叉排列或相互編織形成一面狀的增强結構22，並設置於所述振膜基體24內部。

該線狀增强體260可包括棉線、其他纖維紡成的線、聚合物絲或金屬絲中的一種或多種。該面狀增强體可包括聚合物膜、碳纖維膜、纖維素膜及紙中的一種或多種。可以理解，該多個奈米碳管線狀結構220與該多個線狀增强體260可相互編織形成一奈米碳管複合布，該奈米碳管複合布可作為增强結構22應用於該振動膜20中。可以理解，該增强結構22可包括奈米碳管膜及奈米碳管線狀結構220中至少一種與面狀增强體及線狀增强體260中至少一種的組合。該奈米碳管膜與該線狀增强體260或面狀增强體可相互層叠，另，該線狀增强體260可相互併排、交叉、編織或盤繞於該奈米碳管膜至少一個表面。

該增强結構22可包括至少一線狀複合結構，該線狀複合結構包括至少一奈米碳管線狀結構220與至少一線狀增强體260。請參閱圖11~12，該線狀複合結構280包括多個奈米碳管線狀結構220及多個線狀增强體260相互平行排列組成的束狀結構，或相互扭轉組成的絞線結構。該線狀複合結構280可與上 述第一實施例中奈米碳管線狀結構120類似的方式設置於所述振膜基體24內部。

本發明第三實施例提供一種振動膜，其包括一振膜基體以及至少一增强結構與該振膜基體複合。

該第三實施例的振動膜與第一實施例的振動膜10或第二實施例的振動膜20結構基本相同，其區別在於，該增强結構包括一奈米碳管複合結構代替上述第一及第二實施例中的奈米碳管結構。該奈米碳管複合結構包括至少一奈米碳管結構與其他材料的複合。該奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜、至少一奈米碳管線狀結構或其組合。該奈米碳管線狀結構與第一實施例中的奈米碳管線狀結構120具有相同結構，該奈米碳管膜與第一實施例的奈米碳管膜122具有相同的結構。

請參閱圖13，該奈米碳管複合結構中，每一奈米碳管145表面均包覆至少一由其他材料形成的包覆層147。該其他材料可包括金屬、金剛石、碳化硼及陶瓷中的一種或多種。該金屬可為鐵、鈷、鎳、鈀、鈦、銅、銀、金及鉑中的一種或多種。由於所述奈米碳管線狀結構及奈米碳管膜具有大量微孔，氣體可通過微孔滲入該奈米碳管線狀結構及奈米碳管膜中，因此，該奈米碳管線狀結構及奈米碳管膜可放置於一真空腔中，通過物理氣相沈積、化學氣相沈積、蒸鍍或濺射的方法在奈米碳管線狀結構及奈米碳管膜中每一奈米碳管表面均沈積形成至少一包覆層147。另，由於奈米碳管導電，因此，可通過電鍍或化學鍍的方式在該奈米碳管線狀結構及奈米 碳管膜表面形成金屬材料構成的包覆層147。另，可通過多次重複上述步驟，在奈米碳管表面形成多個同心圓狀的包覆層147。該包覆層147的厚度可為1奈米~100奈米，優選為小於20奈米。可以理解，由於該包覆層147的厚度較小，該奈米碳管複合結構中相鄰的具有包覆層147的奈米碳管145間仍然具有一定間隙，從而保證該振膜基體滲透至該間隙中。

可以理解，雖然上述各實施例圖示(如圖1，2及5~10)中的振動膜均為矩形結構，但實際應用時可根據具體需要將該振動膜切割成圓形，橢圓形或其他形狀，以適用於不同揚聲器。因此，上述實施例的振動膜的形狀均不限。

本發明實施例提供一種振動膜的製備方法，其包括以下步驟：S100，提供至少一自支撑的增强結構，該增强結構包括大量奈米碳管。

該增强結構可包括上述第一至第三實施例中所述奈米碳管膜、奈米碳管線狀結構、奈米碳管複合結構中的一種或多種。

S200，提供一振膜基體前驅體，將該振膜基體與該增强結構複合。

所述振膜基體前驅體的材料為該振膜基體的材料、該振膜基體材料所形成的溶液或製備該振膜基體材料的前驅反應物。該振膜基體前驅體在一定溫度下應為液態或氣態。該振膜基體前驅體也可為固態。

當該振膜基體前驅體為液態時，該S200進一步包括：S210，將該增强結構直接浸泡於該液態的振膜基體前驅體；以及S220，將該振膜基體前驅體固化，形成振膜基體與該增强結構的複合。

可以理解，該S210中，該流動性較强液態的振膜基體前驅體可預先設置於一模具中，從而使該振膜基體在模具中形成預定的形狀。

該振膜基體的材料可包括熱塑性聚合物或熱固性聚合物種的一種或多種。該振膜基體前驅體的材料可為生成該熱塑性聚合物或熱固性聚合物的聚合物單體溶液，所述S220步驟可進一步包括向該聚合物單體溶液中加入引發劑，使該浸泡有增强結構的聚合物單體溶液發生原位聚合反應，生成內部嵌入有增强結構的振膜基體。

該振膜基體前驅體的材料可為該聚合物在揮發性有機溶劑中溶解後形成的混合液，所述S220步驟可進一步包括將該揮發性有機溶劑蒸幹，從而形成內部嵌入增强結構的振膜基體。

該振膜基體前驅體的材料還可為高溫下呈熔融態的熱塑性聚合物，所述S220步驟可進一步包括將該熔融態熱塑性聚合物降溫使其凝固，從而形成內部嵌入增强結構的振膜基體。

該振膜基體的材料可為金屬，該振膜基體的前驅體材料可為 對應的熔融態的金屬，所述S210步驟為在真空或惰性氣體中進行，所述S220步驟可進一步包括將該熔融態金屬降溫使其凝固，從而形成內部嵌入增强結構的金屬振膜基體。

該振膜基體的材料可為陶瓷，該振膜基體的前驅體材料可為對應的無機非金屬氧化物漿料，所述S220步驟可進一步包括將該無機非金屬氧化物漿料在真空或惰性氣體中燒結，從而形成內部嵌入增强結構的陶瓷振膜基體。該無機非金屬氧化物漿料中無機非金屬顆粒的尺寸應較小。

該振膜基體的材料可為紙或纖維素，該振膜基體的前驅體材料可為對應的紙漿或纖維素漿，所述S220步驟可進一步包括將該紙漿或纖維素漿脫水，從而形成內部嵌入增强結構的紙質或纖維素振膜基體。可以理解，該紙漿及纖維素漿中單根纖維的尺寸應較小。

當該振膜基體前驅體為氣態時，該S200可進一步包括：S212，將該增强結構設置於該氣態的振膜基體前驅體中；以及S222，使該氣態的振膜基體前驅體在該增强結構表面固化，形成振膜基體與該增强結構的複合。

可以理解，該增强結構具有大量微孔，該氣態的振膜基體前驅體可滲透至微孔內部，並固化於每一奈米碳管表面。

該振膜基體的材料可為金屬或金剛石，所述S222步驟可進一 步包括通過真空蒸鍍、濺鍍、化學氣相沈積(CVD)以及物理氣相沈積(PVD)的方法形成氣態的基體前驅體，並使該基體前驅體沈積在奈米碳管結構的奈米碳管表面。

當該振膜基體前驅體為固態時，該S200可進一步包括：S214，在該增强結構的兩個表面分別設置該振膜基體前驅體；以及S224，將該振膜基體前驅體與該增强結構壓合，形成振膜基體與該增强結構的複合。在壓合的過程中，該振膜基體前驅體滲入該增强結構的微孔內部。

可以理解，在將該振膜基體與該增强結構複合後可進一步包括一切割該振動膜的步驟，以形成預定尺寸及形狀的振動膜。

可以理解，該增强結構可根據需要設置於該振動膜需要增加强度及楊氏模量的位置。在上述將增强結構與振膜基體複合的過程中，該增强結構內部的奈米碳管相對位置基本不發生變化。由於該增强結構中的奈米碳管膜或奈米碳管線狀結構中奈米碳管為均勻分布，因此在複合後的振動膜中，這些奈米碳管仍在原有的位置上均勻分布。進一步地，當該奈米碳管膜或奈米碳管線狀結構中奈米碳管有序排列時，在複合後的振動膜中，該奈米碳管仍在原有位置上有序排列。因此，由該自支撑的增强結構與基體振膜複合形成的振動膜，相較於由奈米碳管粉末分散於基體材料中形成的振動膜，該奈米 碳管本身分布均勻，無需解决分散問題，且設置方式靈活，可根據需要在特定的位置設置增强結構，而在不需要的位置完全排除奈米碳管的存在，更有利於製造不同形狀應用於不同領域的揚聲器振動膜。

請參閱圖15及圖16，本發明實施例進一步提供一應用上述第一至第三實施例中振動膜的揚聲器40。其包括一支架402、一磁場系統404、一音圈406、一音圈骨架408、一振動膜410以及一定心支片412。

所述支架402固定於所述磁場系統404。所述音圈406收容於所述磁場系統404，並設置在所述音圈骨架408外表面。所述振動膜410或定心支片412的一端固定於所述支架402，另一端固定在音圈骨架408上。

所述支架402為一端開口的圓臺形結構，其具有一空腔415及一底部414。該空腔415容設所述振動膜410以及定心支片412。該底部414還具有一中心孔413，用於套設所述磁場系統404，使該支架402通過底部414與磁場系統404相對固定。

所述磁場系統404包括一導磁下板416、一導磁上板418、一磁體420及一導磁芯柱422，所述磁體420相對的兩端分別由同心設置的導磁下板416及導磁上板418所夾持。所述導磁上板418及磁體420均為環狀結構，所述導磁上板418及磁體420在所述磁場系統404中圍成一柱形空間。所述導磁芯柱422容置於所述柱形空間並穿過所述中心孔413。該導磁芯柱422自 所述導磁下板416往導磁上板418延伸而出且與所述磁體420形成一環形磁場間隙424用於容置所述音圈406。所述磁場間隙424中具有一定磁感應密度的恒磁場。該磁場系統404通過所述導磁上板418與底部414固接，其連接方法可為螺接、配合固定、粘結等等。在本實施例中，該導磁上板418與底部414通過螺接固定。

所述設置在音圈骨架408上的音圈406容置於所述磁場間隙424中，其為揚聲器40的驅動單元，該音圈406為較細的導線在所述音圈骨架408上繞制而形成，優選地，所述導線可為漆包線。當所述音圈406接收到音頻電信號時，該音圈406產生隨音頻電信號的强度變化而變化的磁場，此變化的磁場與磁場間隙424中的由磁場系統404產生的磁場之間發生相互作用，迫使該音圈406產生振動。

所述音圈骨架408為中空柱形結構，其與所述導磁芯柱422同心設置且間隔套設在所述導磁芯柱422。所述音圈骨架408可收容於所述磁場間隙424中。該音圈骨架408的外表面與所述音圈406固接，且其遠離所述磁場系統404的一端固結在所述振動膜410的中心位置，從而當所述音圈骨架408隨音圈406振動時，帶動所述振動膜410振動，從而使所述振動膜410周圍的空氣運動，產生聲波。

所述振動膜410為所述揚聲器40的發聲單元。該振動膜410的形狀不限，與其具體應用有關，如當所述振動膜410應用於大型揚聲器40時，該振動膜410可為一空心圓錐體結構；當 所述振動膜410應用於微型揚聲器40時，該振動膜410可為一圓片狀結構或方片狀結構。所述振動膜410的頂端與所述音圈骨架408通過粘結的方式固結，其另一端的外緣與所述支架402活動連接。本實施例中，該振動膜410為一空心圓錐體結構。該振動膜410為上述第一實施例至第三實施例中振動膜中的任意一種。

所述定心支片412為一波浪形環狀結構，其由多個同心圓環組成。該定心支片412的內緣套設在所述音圈骨架408上，用於支持所述音圈骨架408，該定心支片412的外緣固定在所述定心支架402靠近所述中心孔413的一端。該定心支片412具有大的徑向剛性和小的軸向剛性，從而使所述音圈406在所述磁場空隙424中自由地上下移動而不做橫向移動，避免該音圈406與磁路系統404碰觸。

可以理解，所述揚聲器40並不限於上述結構，任何應用本發明提供的振動膜的揚聲器40均在本發明保護範圍內。

由於奈米碳管具有優異的機械强度及楊氏模量及較小的密度，採用奈米碳管形成的振動膜具有較好的比强度及比模量。所述的振動膜由於採用自支撑結構的奈米碳管結構，且奈米碳管在奈米碳管結構中均勻分布，奈米碳管通過凡德瓦爾力相互吸引，從而使奈米碳管結構的强度及楊氏模量較大。奈米碳管結構可根據需要設置於振動膜內部任意位置，使振動膜的設計更為靈活，適應不同揚聲器的需要。當奈米碳管在奈米碳管結構中以一定規則有序排列，則可在揚聲器中使奈 米碳管沿需要增强强度及楊氏模量的方向排列，充分發揮了奈米碳管軸向强度及楊氏模量高的特點。另，該奈米碳管結構中奈米碳管已經為均勻分布，與該振膜基體複合的過程中無需解决奈米碳管粉末分散的問題，從而使形成振動膜的方法更為簡單方便。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧振動膜

12‧‧‧增强結構

14‧‧‧振膜基體

Claims (21)

1. 一種振動膜，包括：一振膜基體；以及至少一增强結構複合於該振膜基體中，其改進在於，該增强結構由至少一自支撑的奈米碳管結構組成，該增强結構具有多個由相鄰的奈米碳管間的間隙形成的微孔，該振膜基體的材料滲入該多個微孔中。
2. 如請求項第1項所述的振動膜，其中，所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜、至少一奈米碳管線狀結構或其組合。
3. 如請求項第2項所述的振動膜，其中，所述奈米碳管膜包括多個奈米碳管基本平行於奈米碳管膜的表面，該多個奈米碳管通過凡德瓦爾力首尾相連且基本沿同一方向擇優取向排列。
4. 如請求項第2項所述的振動膜，其中，所述奈米碳管線狀結構包括一奈米碳管線、多個奈米碳管線相互平行排列或多個奈米碳管線扭轉排列。
5. 如請求項第4項所述的振動膜，其中，所述奈米碳管線包括多個通過凡德瓦爾力首尾相連的奈米碳管，該多個奈米碳管基本沿奈米碳管線的軸向擇優取向排列。
6. 如請求項第2項所述的振動膜，其中，所述奈米碳管結構包括多個奈米碳管膜相互層叠或相互併排設置。
7. 如請求項第2項所述的振動膜，其中，所述至少一奈米碳管 線狀結構盤繞設置並複合於所述振膜基體中。
8. 如請求項第2項所述的振動膜，其中，所述奈米碳管結構包括多個奈米碳管線狀結構相互併排、相互交叉或相互編織。
9. 如請求項第2項所述的振動膜，其中，所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管線狀結構依照預定圖形分布於所述振膜基體中。
10. 如請求項第9項所述的振動膜，其中，所述奈米碳管結構包括一個奈米碳管線狀結構圍繞成環形複合於所述振膜基體中。
11. 如請求項第9項所述的振動膜，其中，所述奈米碳管結構包括多個奈米碳管線狀結構沿所述振膜基體中心呈放射狀設置於所述振膜基體中。
12. 如請求項第1項所述的振動膜，其中，所述振動膜包括多個增强結構相互接觸或相互間隔設置複合於所述振膜基體中。
13. 一種振動膜，包括：一振膜基體；以及至少一增强結構複合於該振膜基體中，其改進在於，該增强結構包括至少一自支撑的奈米碳管結構以及至少一增强體形成的複合結構，該增强結構具有多個由相鄰的奈米碳管間的間隙形成的微孔，該振膜基體的材料滲入該多個微孔中。
14. 如請求項第13項所述的振動膜，其中，所述奈米碳管結構包括奈米碳管膜及奈米碳管線狀結構中至少一種，所述增强體包括面狀增强體及線狀增强體中至少一種。
15. 如請求項第14項所述的振動膜，其中，所述增强結構包括多個奈米碳管線狀結構，及多個線狀增强體相互平行且交替排列、相互交叉排列或相互編織。
16. 如請求項第14項所述的振動膜，其中，所述增强結構為奈米碳管膜和增强體層叠設置。
17. 如請求項第13項所述的振動膜，其中，所述奈米碳管結構包括多個奈米碳管通過凡德瓦爾力首尾相連。
18. 一種振動膜，包括：一振膜基體；以及至少一增强結構複合於該振膜基體中，其改進在於，該增强結構包括至少一自支撑的奈米碳管結構，該奈米碳管結構包括多個奈米碳管，該奈米碳管表面包覆至少一包覆層，該增强結構具有多個由相鄰的奈米碳管間的間隙形成的微孔，該振膜基體的材料滲入該多個微孔中。
19. 如請求項第18項所述的振動膜，其中，所述包覆層的材料為金屬、金剛石、碳化硼及陶瓷中的一種或多種。
20. 一種振動膜，包括：一振膜基體；以及多個奈米碳管分布於該振膜基體中；其改進在於，該多個奈米碳管至少組成一自支撑的奈米碳管結構，該增强結構具有多個由相鄰的奈米碳管間的間隙形成的微孔，該振膜基體的材料滲入該多個微孔中。
21. 一種揚聲器，包括：一音圈骨架； 一音圈，該音圈纏繞在所述音圈骨架一端的外圍；一振動膜，該振動膜與所述音圈骨架相連接；以及一磁場系統，該磁場系統具有一磁場間隙，所述音圈設置在該磁場間隙中；其改進在於：該振動膜包括一振膜基體以及至少一自支撑的增强結構複合於該振膜基體中，該自支撑的增强結構包括多個奈米碳管，該增强結構具有多個由相鄰的奈米碳管間的間隙形成的微孔，該振膜基體的材料滲入該多個微孔中。