石墨烯薄膜揚(yáng)聲器熱聲特性分析及應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2020-07-14 22:57

【摘要】：石墨烯薄膜揚(yáng)聲器主要由附著在基底上的石墨烯組成,這類揚(yáng)聲器利用熱來產(chǎn)生聲音,提高熱聲效率是未來石墨烯薄膜揚(yáng)聲器的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。本文圍繞熱聲效率對(duì)石墨烯薄膜的聲場(chǎng)特性和溫度場(chǎng)特性展開研究,探究石墨烯薄膜聲源在有源噪聲控制中的可行性。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:(1)考慮基底熱損耗和薄膜熱容量的影響,建立石墨烯薄膜揚(yáng)聲器熱聲模型,推導(dǎo)得到近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓公式;搭建聲學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)多個(gè)石墨烯薄膜揚(yáng)聲器進(jìn)行聲場(chǎng)測(cè)量,分析其聲學(xué)特性。理論預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好,驗(yàn)證了理論模型的正確性。(2)在驗(yàn)證理論模型正確的基礎(chǔ)上,利用靈敏度分析法系統(tǒng)、全面的研究了石墨烯薄膜揚(yáng)聲器相關(guān)參數(shù)對(duì)熱聲效率的影響。研究表明:石墨烯薄膜厚度(5nm~15nm)的靈敏度系數(shù)小于0.02;基底蓄熱系數(shù)的靈敏度系數(shù)大約為1.7;氣體密度的靈敏度系數(shù)可高達(dá)2.7,熱導(dǎo)率以及比熱的靈敏度系數(shù)分別為0.98和0.8。(3)考慮基底熱損耗和空氣自然對(duì)流的影響,建立石墨烯薄膜揚(yáng)聲器傳熱模型,對(duì)溫度變化和熱量轉(zhuǎn)移進(jìn)行討論;搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)石墨烯薄膜進(jìn)行溫度場(chǎng)測(cè)試,分析其瞬態(tài)溫升及穩(wěn)態(tài)溫度分布。研究表明:薄膜表面溫度在中間達(dá)到最高,并向四周衰減;用于熱致發(fā)聲的溫度振蕩極其微弱,故石墨烯薄膜的熱聲效率低下。(4)將石墨烯薄膜揚(yáng)聲器視為單極子初級(jí)聲源和次級(jí)聲源,構(gòu)建有源噪聲控制模型;控制聲場(chǎng)總輻射徑向聲強(qiáng),分析有源降噪效果與兩薄膜聲源間距和輸出聲頻率的關(guān)系。研究表明:兩聲源相距越近,輸出聲頻率越低,有源控制后的聲強(qiáng)越小。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN643
【圖文】：

石墨,衍生物,效應(yīng)機(jī)理,熱聲