【摘 要】
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言语交流是沟通的基础,然而全世界因疾病而导致无法发声的人群数量庞大,这些群体对辅助发声的电子人工喉需求迫切。电子人工喉的核心部件为发声器件。传统电子人工喉利用电动式换能器实现,但电动式换能器具有刚性大、结构复杂和频带窄等缺点,这使其体积大不易携带。基于二维材料还原氧化石墨烯(r GO)或MXene(Ti3C2)的热致发声器可实现电子人工喉的微型化和便携化,因此有重要的研究意义。然而由于r GO和M
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言语交流是沟通的基础,然而全世界因疾病而导致无法发声的人群数量庞大,这些群体对辅助发声的电子人工喉需求迫切。电子人工喉的核心部件为发声器件。传统电子人工喉利用电动式换能器实现,但电动式换能器具有刚性大、结构复杂和频带窄等缺点,这使其体积大不易携带。基于二维材料还原氧化石墨烯(r GO)或MXene(Ti3C2)的热致发声器可实现电子人工喉的微型化和便携化,因此有重要的研究意义。然而由于r GO和MXene的固有缺陷,单一的二维材料在热致发声器领域的应用仍然存在挑战。因此,本文设计了三明治结构的自支撑MXene/r GO复合膜,并围绕复合膜的制备和测试做了如下工作:(1)通过对单一材料的热声理论模型进行推导和修改,获得了适合复合膜的理论模型并根据该模型预测了复合膜作为热致发声器其输出声压的影响因素。(2)通过对比不同方法制备的r GO膜和MXene膜的表面形态,柔韧性或导电性探究了MXene/r GO复合膜的最佳制备方法,并得出结论真空抽滤/氢碘酸还原法为复合膜的最佳制备方法。(3)通过真空抽滤法分别构筑了三明治结构和混合结构的MXene/GO复合膜,并通过对比得出结论三明治结构的MXene/GO复合膜表面更光滑,结构更完整且柔韧性更强。(4)对MXene/r GO复合膜,r GO膜和MXene膜进行了柔韧性和导电性测试并得出结论复合膜的柔韧性优于MXene膜,复合膜的导电能力优于r GO膜,约是r GO的四倍。(5)研究了复合膜的热声性能及其性能影响因素,并得出结论复合膜作为热致发声器能长时间工作的最大功率为0.7 W。复合膜具有较宽的频带(0.2-20 k Hz),且复合膜在5-20 k Hz频率范围内频谱平坦,波动不大于5 d B。复合膜在频率为10 k Hz处输出声压级达到最大值约56.3d B,比r GO膜的输出声压级高9.1 d B。此外,结果表明复合膜的输出声压与输入功率线性相关,与声音频率及复合膜中MXene的质量比正相关。
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