TWM582452U - Composite diaphragm containing carbon nanotubes - Google Patents

Abstract

一種含奈米碳管之複合振動膜，包含：一基底層；一膠層黏附在該基底層的上方；至少一奈米碳管網，各該奈米碳管網係包含多條約略平行的奈米碳管(CNT，Carbon Nano-Tube)陷入或浸浮在該膠層內部或上方。其中該至少一奈米碳管網可為多層的奈米碳管網，其中不同的奈米碳管網以不同的方向配置。本案之複合振動膜比習知技術中的振動膜，對於高頻及低頻均可以產生更好的音質，有效的解決了習知技術中的振動膜只適於高頻訊號或只適於低頻訊號的缺點。

Description

含奈米碳管之複合振動膜

本創作係有關於振動膜，尤其是一種含奈米碳管之複合振動膜。

隨著人類生活科技之進展，各種消費性娛樂產品應運而生，象徵著人類對於身心感受的重視，3C產品提供了人類更便捷的資訊源、交流媒介、娛樂選項等，在這些項目中，聲音扮演了極其重要的角色。清晰擬真的聲音產生器與方法為提升聲音品質的關鍵媒介，耳機、喇叭等裝置陸續被開發並改進。然而現有的技術在聲音的呈現方式仍有改善的空間，且人類對於聲音品質的需求也隨著科技進步變得更為嚴苛。振動膜研究及其材料開法也變得越加炙手可熱，在3C產品開發出良好音訊裝置也成為了一門熱門且難度高的學問。

振動膜為精緻音訊裝置中不可或缺的關鍵因子，一個優秀的振動膜必須能提供廣泛的響應頻率範圍(SPL)、劇烈振動下產生較低的盆分裂(即失真度，THD)、在有限能量與空間中產生必要分子振動傳遞、可靠穩定度及耐久性，達成這些目標需有能製備良好複合材料之能力、堅實聲學與空氣力學基礎之理論設計，此外還需具備超群工藝能力方可達成。

習知技術中電子訊號轉為聲音訊號的方式為將電流通入線圈，線圈外有一U型永久磁鐵作為一穩定磁場來源，線圈(音圈)中置有一長條狀磁鐵(動 鐵)，當不同頻率或強度的電流訊號流入線圈(音圈)時，音圈電流在外部磁場作用下，將對線圈中之磁鐵產生一方向性作用力，此作用力會隨著電流的頻率、輸入方向、大小、連續或間斷等產生上下的往復振動。振動膜置於動鐵上方一段距離，當動鐵推動空氣分子並傳遞到振動膜時，該振動膜接受氣體分子的動能而產生相對應的振動，此振動進一步傳遞並壓縮磁鐵上端及外部音箱的空氣分子，產生不同疏密程度的介質波改變進而發出聲音。

當電子訊號頻率高時，能量的傳遞距離較短，但是強度較強，空氣的震動將集中於振動膜的中央位置，而且具有較高的強度。相對地，當電子訊號頻率低時，能量的傳遞距離較長，但是強度較弱，空氣的震動將集中於振動膜的周邊位置，而且具有較低的強度。為了能有效呈現高頻音域的聲音及良好的音質，對於振動膜的中間部分往往要求較堅硬且較薄之組成，因為較堅薄的材料較能反應高頻訊號的運動，提供較佳之高頻聲音。相對的振動膜四周則需要相對性較厚且質地較軟具彈性之材料，有助於與低頻音波產生共振並傳遞渾厚的低頻響應。

但是一般的振動膜是使用均質的材料所構成，然而適用於呈現高頻音訊之材料者不見得能有效表現低頻音訊，反之適於低頻音訊者則不見得適用於高頻音訊。所以在改良振動膜時，往往必須有所取捨或往複合材料設計邁進。做出來的振動膜往往也僅能有效詮釋高頻或低頻中的一種聲頻表現。

新穎的奈米科技為各產業材料創新提供了一個新途徑，以細膩的微觀製程操控原子、分子、超分子等微觀物質組成新穎之奈微米結構，產生獨 特之物理、化學和生物的特性，其現象產生主要是由於奈米量子尺寸效應及表面效應所造成，使得物質的組成結構、剛性、電磁性、熱阻、電抗阻、應力結構等等皆有所改變，產生了奇特的性質，引發新的應用契機。

奈米碳管被喻為是新世紀的夢幻材料，將人類文明的科技與生活添加了許多無限的想像力與可能性。目前在多數研究團隊的努力下，已經對奈米碳管有相當程度的瞭解，本案發明人致力於奈米碳管獨特之剛性結構進行複合材研究，並與多種膠材、基材搭配結合，希望能應用在多種複合材料應用產業。

多壁奈米碳管由於具有穩定結構、高度剛性、良好的延展性、低密度輕薄、電熱環境穩定等因素皆展現出其應用於聲學產品之可行性，且為本公司長久以來擅長之研究領域，故本案發明人積極研發以多壁奈米碳材結合其於奈米材、膠材並以特殊雕圖紋路製備振動膜，期許能創造出微小之高音質振動膜及應用裝置。

本案發明人已經對於奈米碳管的材質做了相當多的研究，希望藉由奈米碳管的材料特性改良習知技術中的聲學振動膜，使得該振動膜可以同時對低頻及高頻聲訊均能產生較佳的反應，並降低失真度的產生，呈現出較高呈音品質的聲學設備。

根據市場報告，智慧型手機、平板電腦等產品之出貨量為15.53億支(手機14億，平板電腦1.53億)，且其成長率持續在攀升，亦帶動揚聲器之需求數量。在揚聲器的消費者調查中，超過50%的消費者考量其聲音品質感受，約20%消費者則以價格為首要考量。故識驊科技以研發奈米碳管結合振動膜，期望能有更好的音頻表現，且在電聲產業中能提供更佳的解決方 案。

振動膜為聲學元件中影響音質最重要的關鍵零組件，而微型喇叭乃是目前智慧型手機或許多電子設備無法缺少的零組件。如筆記型電腦及平板電腦等。TrendForce指出，2016年智慧手機出貨預估量約14億台、筆記型電腦出貨預估量約1.65億台、平板電腦1.53億台。也因機器設計不斷輕薄化，導致在智慧型設備中的喇叭也不斷的在縮緊空間。本案希望結合發明人在奈米碳管振動膜之設計，應用於振動膜上，可以在更小的機構空間中提供更高的呈音表現，以期能在市場中佔有地位。

故本案希望提出一種嶄新的含奈米碳管之複合振動膜，以解決上述先前技術上的缺陷。

所以本創作的目的係為解決上述習知技術上的問題，本創作中提出一種含奈米碳管之複合振動膜，係應用膠層黏附於基底層上，並將至少一奈米碳管網陷入該膠層內，其中應用不同方向之奈米碳管網可以加強整個多層奈米碳管網的結構應力，所以使整個的多層奈米碳管網具有較佳的剛性。因此應用此一方式可以加強整體複合振動膜的強度。由於該奈米碳管網具有相當高的韌性及剛性，其楊式係數可以高達鋼材的1000倍，所以在該膠層中加上該奈米碳管網處可以增加其硬度及剛性，因此對於高頻的震動可以增加其響度及反應的靈敏度，而將整個高頻訊號的品質高度的呈現。而在該基底層外周邊由於沒有加上該奈米碳管網，所以可以對低頻產生較好的響應。因此本案的複合振動膜比習知技術中的振動膜，對於高頻及低頻均可以產生更好的音質，有效的解決了習知技術中的振動膜只適於高頻 訊號或只適於低頻訊號的缺點。

為達到上述目的本創作中提出一種含奈米碳管之複合振動膜，包含：一基底層；一膠層黏附在該基底層的上方；至少一奈米碳管網，各該奈米碳管網係包含多條約略平行的奈米碳管(CNT，Carbon Nano-Tube)陷入或浸浮在該膠層內部或上方。其中該至少一奈米碳管網為多層的奈米碳管網，其中不同的奈米碳管網以不同的方向配置。

由下文的說明可更進一步瞭解本創作的特徵及其優點，閱讀時並請參考附圖。

10‧‧‧基底層

20‧‧‧膠層

30‧‧‧奈米碳管網

31‧‧‧第一奈米碳管網

32‧‧‧第二奈米碳管網

33‧‧‧第三奈米碳管網

300‧‧‧奈米碳管

301‧‧‧奈米碳管

302‧‧‧奈米碳管

303‧‧‧奈米碳管

圖1A顯示本案之一元件組合示意圖。

圖1B顯示圖1A之側視示意圖。

圖1C顯示圖1A之元件分解示意圖。

圖2A顯示本案之基底層及膠層之結合示意圖。

圖2B顯示圖2A之側視示意圖。

圖3A顯示本案之膠層上配置第一奈米碳管網之示意圖。

圖3B顯示圖3A之側視示意圖。

圖4A顯示本案之第一奈米碳管網上配置第二奈米碳管網之示意圖。

圖4B顯示圖4A之側視示意圖。

圖5A顯示本案之第二奈米碳管網上配置第三奈米碳管網之示意圖。

圖5B顯示圖5A之側視示意圖。

圖6A顯示本案之另一元件組合示意圖。

圖6B顯示圖6A之元件分解示意圖。

茲謹就本案的結構組成，及所能產生的功效與優點，配合圖式，舉本案之一較佳實施例詳細說明如下。

請參考圖1A至圖1C所示，顯示本創作之含奈米碳管之複合振動膜，包含下列元件：一基底層10，該基底層10的材料可為PET(polyethylene terephthalate)、PEEK(polyetheretherketone)、TPEE(thermoplastic polyester elastomer)、PEN(polyethylene naphthalate)、PEI(polyetherimide)、糙紙、不織布、蠶絲布、鋁片、木片或泡棉所構成。

一膠層20黏附在該基底層10的上方，該膠層20的材料可以為熱固型或熱塑型之膠體，以作為黏著劑之用。其中該膠體之固化形式可為熱固化或光固化。其中該膠體可為人工橡膠、天然橡膠(Nature Rubber)、壓克力(Acylic)膠、PU(Polyurethane)膠、矽膠、TPU等材料，其中以天然橡膠及壓克力膠為佳。。

至少一奈米碳管網30，各該奈米碳管網30係包含多條約略平行的奈米碳管300(CNT，Carbon Nano-Tube)陷入或浸浮在該膠層20的內部或上方。

本案中可以包含多層的奈米碳管網30，其中不同的奈米碳管網30，以不同的方向配置，如位於最下方第一層的奈米碳管網30為縱向，而位於上方第二層的奈米碳管網30與該第一層的奈米碳管網30呈某特定角度的交叉如45度，然後最上方第三層的奈米碳管網30與該第二層的奈米碳管網30呈某特定角度的交叉如45度，應用此一方式可以層層堆疊而形成多層的奈米碳管網30。

不同方向之奈米碳管網30可以加強整個多層奈米碳管網30的結構應力，所以使整個的多層奈米碳管網30具有較佳的剛性。因此應用此一方式可以加強整體複合振動膜的強度。

較佳者該基底層10及該至少一奈米碳管網30可為圓形的結構，以反映高頻訊號的震動區。此圓形的複合振動膜主要是使用在耳機裝置上。但是如圖6A至圖6B所示，本案中的複合振動膜也可以是方形的複合振動膜，其結構及材料均同於上述圓形的複合振動膜，惟整體的複合振動膜外型不同。其中該基底層10及該至少一奈米碳管網30為方形的結構。此方形的複合振動膜主要是用在電子資訊裝置(如手機等3C產品)的揚聲器上。

其中當本案之複合振動膜為圓形的結構時，較佳者其直徑為5mm~12mm。當本案之複合振動膜為方形的結構時，較佳者其尺寸為1.6cm×0.9cm。

較佳者，本案中該奈米碳管網30可以形成各種不同的形態，係有助於消除高級數的諧波，如二次、三次等等的高級數的諧波，而產生良好的音質。

惟本案中該奈米碳管網30並不限於上述的型態，本案中該奈米碳管網30也可以形成各種不同的形態，以形成不同的效果。該奈米碳管網30不同的圖樣可加強整體的呈音表現與品質。

由於該奈米碳管網30具有相當高的韌性及剛性，其楊式係數可以高達鋼材的1000倍，所以在該膠層20中加上該奈米碳管網30處可以增加其硬度及剛性，因此對於高頻的震動可以增加其響度及反應的靈敏度，而將整個高頻訊號的品質高度的呈現。而在該基底層10外周邊由於沒有加上該奈米碳 管網30，所以可以對低頻產生較好的響應。

如圖1B所示，本案中該奈米碳管網30位於在該基底層10上方的中央部位，使得整個複合振動膜的中央具有較高的硬度，而周圍則相對較柔軟。

該奈米碳管網30可以增加該中央部位的硬度及韌度，而使得該基底層10上方的該中央部位適於與高頻的震動產生共振響應，經由共振後可以產生較好的高頻音訊，而該基底層10上位在該奈米碳管網30之外的周邊部位則適於吸收低頻的能量，而產生較佳的低頻音訊。

由於該奈米碳管網30具備有較佳之剛性結構，能有效加強結構強度，且透過該膠層20選擇調校阻尼值，可以達到不同的振動效果。本案之奈米碳管網30以穩定排列方式堆疊時，各個奈米碳管網30經由不同的堆疊角度可以形成不同的層狀結構，而在力學振動與聲學表現上產生不同的效果。

如圖2A至圖5B所示，本案中尚包含製造上述的該含奈米碳管之複合振動膜的製程方法，其包含下列步驟：取一塑膠材料作為基底層10，該塑膠材料如PET(polyethylene terephthalate)、PEEK(polyetheretherketone)、TPEE(thermoplastic polyester elastomer)、PEN(polyethylene naphthalate)、PEI(polyetherimide)。並切割該基底層10為所需要的形狀。

將一膠層20黏附在該基底層10的上方(如圖2A及圖2B所示)，該膠層20可以是人工橡膠、天然橡膠、UV膠、壓克力系材料(Acrylic)、PU系材料(Polyurethane)、矽膠系材料、熱固型膠料或熱塑性膠水(如橡膠、TPU等等)，其中以天然橡膠及UV膠為佳，也可以是人造壓克力。

在該膠層20上形成第一奈米碳管網31，係由多條約略平行的奈米碳管 301(CNT，Carbon Nano-Tube)陷入該膠層20的上方(如圖3A及圖3B所示)。

在該第一奈米碳管網31上形成第二奈米碳管網32，係由多條約略平行的奈米碳管302(CNT，Carbon Nano-Tube)陷入該膠層20的上方，其中第二奈米碳管網32為與該第一奈米碳管網31呈不同的方向(如圖4A及圖4B所示)。

在該第二奈米碳管網32上形成第三奈米碳管網33，係由多條約略平行的奈米碳管303(CNT，Carbon Nano-Tube)陷入該膠層20的上方，其中第三奈米碳管網33為與該第二奈米碳管網32呈不同的方向(如圖5A及圖5B所示)。

應用此一方式可以層層堆疊不同層的第一、第二及第三奈米碳管網31、32、33，而形成本案的含奈米碳管之複合振動膜。

發明人已經對上述的複合振動膜做了相當多的研究及實驗，發現此複合振動膜比習知技術中的振動膜，對於高頻及低頻均可以產生更好的音質，有效的解決了習知技術中的振動膜只適於高頻訊號或只適於低頻訊號的缺點。

綜上所述，本案人性化之體貼設計，相當符合實際需求。其具體改進現有缺失，相較於習知技術明顯具有突破性之進步優點，確實具有功效之增進，且非易於達成。本案未曾公開或揭露於國內與國外之文獻與市場上，已符合專利法規定。

上列詳細說明係針對本創作之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本創作之專利範圍，凡未脫離本創作技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

Claims (9)

1. 一種含奈米碳管之複合振動膜，包含：一基底層；一膠層黏附在該基底層的上方；至少一奈米碳管網，各該奈米碳管網係包含多條約略平行的奈米碳管(CNT，Carbon Nano-Tube)陷入或浸浮在該膠層內部或上方。
2. 如申請專利範圍第1項之含奈米碳管之複合振動膜，其中該至少一奈米碳管網為多層的奈米碳管網，其中不同的奈米碳管網以不同的方向配置。
3. 如申請專利範圍第1項之含奈米碳管之複合振動膜，其中該至少一奈米碳管網為三層奈米碳管網，其中不同的奈米碳管網以不同的方向配置。
4. 如申請專利範圍第1項之含奈米碳管之複合振動膜，其中該奈米碳管網位於在該基底層上方的中央部位，使得整個複合振動膜的中央具有較高的硬度，而周圍則相對較柔軟，而在該基底層外周邊由於沒有加上該奈米碳管網，所以可以對低頻產生較好的響應；該奈米碳管網係用以增加該中央部位的硬度及韌度，而使得該基底層上方的中央部位適於與高頻的震動產生共振響應，經由共振後可以產生較好的高頻音訊，而該基底層上位在該奈米碳管網之外的周邊部位則適於吸收低頻的能量，而產生較佳的低頻音訊。
5. 如申請專利範圍第1項之含奈米碳管之複合振動膜，其中該基底層及該至少一奈米碳管網為圓形的結構。
6. 如申請專利範圍第1項之含奈米碳管之複合振動膜，其中該基底層及該至少一奈米碳管網為方形的結構。
7. 如申請專利範圍第1項之含奈米碳管之複合振動膜，其中該膠層的材料為熱固型或熱塑型之膠體；其中該膠體之固化形式係為熱固化或光固化。
8. 如申請專利範圍第1項之含奈米碳管之複合振動膜，其中該膠層的材料為膠體，該膠體選自人工橡膠、天然橡膠(Nature Rubber)、壓克力(Acylic)膠、PU(Polyurethane)膠、矽膠、或TPU。
9. 如申請專利範圍第1項之含奈米碳管之複合振動膜，其中該基底層的材料選自PET(polyethylene terephthalate)、PEEK(polyetheretherketone)、TPEE(thermoplastic polyester elastomer)、PEN(polyethylene naphthalate)、PEI(polyetherimide)、糙紙、不織布、蠶絲布、鋁片、木片或泡棉。