基于少层石墨烯纳米薄膜的柔性热声发生器研究

发布时间：2021-12-29 13:07

　　热声效应是指在一定条件下热能与声能相互转换的现象。热声效应最直接的应用就是激发声波。与传统的动圈线圈式扬声器、静电扬声器相比,热声扬声器具有结构简单、厚度小、可实现柔性化和透明化、不产生电磁干扰等特点。热声扬声器的一系列优点也吸引着研究人员的研究兴趣,开发其潜在的应用价值。本课题首先提出了一种基于少层石墨烯纳米薄膜的柔性热声发生器,通过对其工作原理和结构进行分析,运用热声效应的相关理论,结合有限元分析方法,通过分析计算完成了器件的设计。然后采用超声剥离法处理高质量石墨粉,制备出少层石墨烯纳米片。利用乙醇与去离子水的马兰戈尼效应制备出课题所需的关键导体材料——自组装石墨烯薄膜。表征结果表明,单片石墨烯纳米片的表面尺寸在微米数量级,厚度约为4纳米;石墨烯纳米片所结合成的自组装石墨烯薄膜的厚度在微米数量级;拉曼光谱的结果表明石墨烯层数在10层以内,并且缺陷密度较小。之后,又运用MEMS微加工工艺制作出带有金属叉指电极的柔性基底,将柔性基底与石墨烯纳米薄膜相结合从而完成热声发生器的制作。本课题探索出的器件制备方法工艺简便,成本低廉。热声发生器具有良好的柔性,器件的电阻值最小可达7欧姆,只需采用... 

【文章来源】：北方工业大学北京市

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

(a)热声发动机与(b)热声制冷机示意图

动圈式扬声器的结构示意图

第一章绪论4很高的透明度和柔性。虽然这种纳米薄膜在与皮肤贴合时会随着皮肤纹理产生明显的褶皱，但它仍可正常播放音乐。当输入频率为10kHz，功率为1W的信号时，距离热声薄膜3cm处的声压值约为0.15Pa（77.5dB）。图1-3银纳米线热声薄膜1.2.2纳米纤维热声器件导体材料的单位面积热容越小，越能提高导体与周围空气的热交换效率。具有纳米尺度的低维材料和可以和周围气体形成较大面积的接触，因此基于纳米纤维材料的热声器件也被开发出来。2016年7月Aliev[15]等人报道了一种基于利用静电纺丝法制成的聚合物纳米纤维材料的独立无衬底式热声扬声器（图1-4）。经过高温碳化退火后，丙烯腈纤维薄膜阻值从29k降至280，并能在空气中承受超过600℃的高温。当施加频率为3kHz，功率为1W的信号时，麦克风距器件正前方3cm处测得的声压值约为0.05Pa（67.96dB）。图1-4(a)碳化纳米纤维热声扬声器(b)纳米纤维的显微照片1.2.3碳纳米管热声器件在众多纳米材料中，碳纳米材料的关注度一直是最高的。在自然条件中，碳

【参考文献】：
期刊论文
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[2]影响动圈式扬声器音质的主要因素[J]. 杜漾波.  电声技术. 2017(Z3)
[3]超声剥离法制备石墨烯纳米片[J]. 刘霞,黄平,江莞.  中国科技论文. 2016(10)
[4]浅谈纳米材料的研究现状及未来趋势[J]. 赵杰.  科技展望. 2015(14)
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博士论文
[1]宏观尺寸碳纳米薄膜的构筑、物性及应用[D]. 林晓阳.清华大学 2015

硕士论文
[1]基于柔性衬底的压电式MEMS传感/能量收集器研究[D]. 祁利辉.北方工业大学 2015



本文编号：3556187