【技術實現步驟摘要】
本申請涉及聲學材料領域，更為具體地，涉及一種輕質高模量碳基絕緣復合材料及應用該輕質高模量碳基絕緣復合材料的聲學電子設備。
技術介紹
1、現有聲學單元結構中，球頂式揚聲器由于它的中高頻響應性優異、指向性強、瞬態特殊優秀、失真少的特性，而被廣泛應用在聲學單體結構中，其中涉及入耳式耳機單元、頭戴耳機單元、車載耳機單元、手持設備發聲單元等領域。
2、球頂式揚聲器單元的振膜發聲系統涉及一般由球頂振膜和高順性的折環所構成。其中揚聲器的高頻拓展性能是評價一個聲學單元性能的關鍵因素。而在現有架構下，提升發聲單元的高頻拓展性能的重要手段為提升球頂振膜材料的剛性(比模量性能)及采用三維結構的振膜構型。因此，對于振膜的材料提出更高的要求。目前，現有技術中為了提升振膜材料的模量，常采用金屬振膜如鎂鋁合金、鎂鋰合金，高模量共軛環結構的塑料材料如pet\lcp及其碳纖維復合材料。對于金屬振膜而言，由于其低阻尼因子的特性，使其在高頻共振時,響度過高，導致形成刺耳的聽感。對于高模量共軛環結構的塑料材料而言，目前的技術上限為模量20gpa,由于其聚合物有機結構特性，模量難以進一步提升。對于碳纖維復合材料而言，雖然碳纖維材料的模量很高，由于纖維的特性，因此難以加工成曲面形狀。
3、其次，隨著聲學架構的小型化、致密化的發展方向，目前聲學單元中，將會使用到錦絲線，其中揚聲器的錦絲線一般為多股鉸合的金屬導體，無絕緣層保護。很多場景錦絲線需要穿過球頂。若球頂導電性好，雖然有絕緣膠水保護，但會有摩擦破損導致短路風險。也有部分場景錦絲線與球頂近距離設置
技術實現思路
1、本專利技術主要針對現有材料體系無法同時滿足振膜對膜片高比模量、高剛度、高絕緣和可加工性的問題，提出通過設計和調控二維絕緣碳材料與一維納米線復合體微觀結構，并通過無機交聯劑進行點陣偶聯固定的方式，在多孔宏觀體膜中同時實現低密度、高模量、高絕緣度和可加工性能。并且開發了一套低溫模壓成型工藝，實現高模量高絕緣三維碳材振膜構型，在標準測試環境下，聲學性能較佳，展示出明顯的高頻拓寬性能。
2、上述目標和其它目標將通過獨立權利要求中的特征來達成。進一步的實現方式在從屬權利要求、說明書和附圖中體現。
3、第一方面，本申請提供了一種輕質高模量碳基絕緣復合材料，該絕緣復合材料是由二維碳納米片、一維納米線、交聯劑和疏水有機物所構成二維平面膜材、片材或具有三維造型的器件結構，其中二維碳納米片、一維納米線、交聯劑和疏水有機物的質量比例范圍為：1:0.01-0.2:0.001-0.01:0.0001-0.01。
4、根據第一方面，在所述輕質高模量碳基絕緣復合材料的第一種可能的實現方式中，復合膜片厚度為20-150μm，膜片楊氏模量為30-100gpa，楊氏模量與表觀密度比值≥20gpa/(kg/m^3),拉伸斷裂伸長率≥1％，面電阻值≥10mω。
5、根據第一方面，在所述輕質高模量碳基絕緣復合材料的第二種可能的實現方式中，所述二維碳納米片、所述一維納米線和所述交聯劑的微觀結構呈現為面-線-孔復合結構。
6、根據第一方面的第二種實現方式，在所述輕質高模量碳基絕緣復合材料的第三種可能的實現方式中，在所述面-線-孔復合結構中，所述二維納米片為結構骨架，通過水平取向和部分交疊方式形成層狀多孔結構網絡。
7、根據第一方面的第二種實現方式，在所述輕質高模量碳基絕緣復合材料的第四種可能的實現方式中，在所述面-線-孔復合結構中，所述一維納米線為第二相結構增強單元，所述一維納米線在水平方向相互交織成平面網絡結構，跨越多個二維納米片層形成搭接結構，穿插于相鄰二維納米片之間的孔洞形成跨層結構。
8、根據第一方面的第二種實現方式，在所述輕質高模量碳基絕緣復合材料的第五種可能的實現方式中，在所述面-線-孔復合結構中，所述交聯劑作為界面增強劑，在二維材料片層、一維納米線界面處形成相互交聯且可逆的化學鍵。
9、根據第一方面的第二種實現方式，在所述輕質高模量碳基絕緣復合材料的第六種可能的實現方式中，所述面-線-孔復合結構通過刮涂成膜、擠壓成膜、旋轉離心成膜、或者噴涂成膜的方式形成。
10、根據第一方面，在所述輕質高模量碳基絕緣復合材料的第七種可能的實現方式中，所述的二維碳納米片選自氧化石墨、氧化石墨烯、羥基化石墨、羥基化石墨烯、羰基化石墨、碳基化石墨烯中的一種或多種。
11、根據第一方面，在所述輕質高模量碳基絕緣復合材料的第八種可能的實現方式中，所述一維納米線之間可以通過化學鍵合連接或物理纏結鎖合方式相互連接，其中一維納米線可以是纖維素納米晶、石墨烯纖維、氧化石墨烯纖維、還原氧化石墨烯纖維、碳納米管、碳纖維或碳納米棒的至少一種或它們的衍生物。
12、根據第一方面，在所述輕質高模量碳基絕緣復合材料的第九種可能的實現方式中，所述交聯劑為無機鹽類、有機小分子交聯增強劑、或聚合物交聯劑。
13、根據第一方面，在所述輕質高模量碳基絕緣復合材料的第十種可能的實現方式中，所述疏水有機物為聚合物薄膜或疏水偶聯劑分子結構。
14、第二方面，本申請提供了一種聲學電子設備，其特征在于，所述聲學電子設備包括球頂振膜，所述球頂振膜包括第一方面或以上第一方面的任意一種實現方式的輕質高模量碳基絕緣復合材料。
15、上述第一方面及任意一種實現方式所提供的輕質高模量碳基絕緣復合材料能夠體現出低密度、高模量、高絕緣度和可加工性能，上述第二方面所提供的該種聲學電子設備具有更良好的聲學性能。
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1.一種輕質高模量碳基絕緣復合材料，其特征在于，該絕緣復合材料是由二維碳納米片、一維納米線、交聯劑和疏水有機物所構成二維平面膜材、片材或具有三維造型的器件結構，其中二維碳納米片、一維納米線、交聯劑和疏水有機物的質量比例范圍為：1:0.01-0.2:0.001-0.01:0.0001-0.01。
2.根據權利要求1所述的輕質高模量碳基復合材料，其特征在于，復合膜片厚度為20-150μm，膜片楊氏模量為30-100GPa，楊氏模量與表觀密度比值≥20Gpa/(kg/m^3),拉伸斷裂伸長率≥1％，面電阻值≥10MΩ。
3.根據權利要求1所述的輕質高模量碳基復合材料，其特征在于，所述二維碳納米片、所述一維納米線和所述交聯劑的微觀結構呈現為面-線-孔復合結構。
4.根據權利要求3所述的輕質高模量碳基復合材料，其特征在于，在所述面-線-孔復合結構中，所述二維納米片為結構骨架，通過水平取向和部分交疊方式形成層狀多孔結構網絡。
5.根據權利要求3所述的輕質高模量碳基復合材料，其特征在于，在所述面-線-孔復合結構中，所述一維納米線為第二相結構增強單
6.根據權利要求3所述的輕質高模量碳基復合材料，其特征在于，在所述面-線-孔復合結構中，所述交聯劑作為界面增強劑，在二維材料片層、一維納米線界面處形成相互交聯且可逆的化學鍵。
7.根據權利要求3所述的輕質高模量碳基復合材料，其特征在于，所述面-線-孔復合結構通過刮涂成膜、擠壓成膜、旋轉離心成膜、或者噴涂成膜的方式形成。
8.根據權利要求1所述的輕質高模量碳基復合材料，其特征在于，所述的二維碳納米片選自氧化石墨、氧化石墨烯、羥基化石墨、羥基化石墨烯、羰基化石墨、碳基化石墨烯中的一種或多種。
9.根據權利要求1所述的輕質高模量碳基復合材料，其特征在于，所述一維納米線之間可以通過化學鍵合連接或物理纏結鎖合方式相互連接，其中一維納米線可以是纖維素納米晶、石墨烯纖維、氧化石墨烯纖維、還原氧化石墨烯纖維、碳納米管、碳纖維或碳納米棒的至少一種或它們的衍生物。
10.根據權利要求1所述的輕質高模量碳基復合材料，其特征在于，所述交聯劑為無機鹽類、有機小分子交聯增強劑、或聚合物交聯劑。
11.根據權利要求1所述的輕質高模量碳基復合材料，其特征在于，所述疏水有機物為聚合物薄膜或疏水偶聯劑分子結構。
12.一種聲學電子設備，其特征在于，所述聲學電子設備包括球頂振膜，所述球頂振膜包括權利要求1-11任一項所述的輕質高模量碳基絕緣復合材料。
...【技術特征摘要】
1.一種輕質高模量碳基絕緣復合材料，其特征在于，該絕緣復合材料是由二維碳納米片、一維納米線、交聯劑和疏水有機物所構成二維平面膜材、片材或具有三維造型的器件結構，其中二維碳納米片、一維納米線、交聯劑和疏水有機物的質量比例范圍為：1:0.01-0.2:0.001-0.01:0.0001-0.01。
2.根據權利要求1所述的輕質高模量碳基復合材料，其特征在于，復合膜片厚度為20-150μm，膜片楊氏模量為30-100gpa，楊氏模量與表觀密度比值≥20gpa/(kg/m^3),拉伸斷裂伸長率≥1％，面電阻值≥10mω。
3.根據權利要求1所述的輕質高模量碳基復合材料，其特征在于，所述二維碳納米片、所述一維納米線和所述交聯劑的微觀結構呈現為面-線-孔復合結構。
4.根據權利要求3所述的輕質高模量碳基復合材料，其特征在于，在所述面-線-孔復合結構中，所述二維納米片為結構骨架，通過水平取向和部分交疊方式形成層狀多孔結構網絡。
5.根據權利要求3所述的輕質高模量碳基復合材料，其特征在于，在所述面-線-孔復合結構中，所述一維納米線為第二相結構增強單元，所述一維納米線在水平方向相互交織成平面網絡結構，跨越多個二維納米片層形成搭接結構，穿插于相鄰二維納米片之間的孔洞形成跨層結構。
6.根據權利要求3所述的輕質高模...
【專利技術屬性】
技術研發人員：方浩明，何朋，徐焰，丁古巧，梁天祥，
申請(專利權)人：華為技術有限公司，
類型：發明
國別省市：
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