氧化铟锡薄膜的磁感应热声分析及实验研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jackieWXM
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,随着微纳米技术的不断提升,以微纳米薄膜作为发声材料的热致发声器逐渐兴起,并被人们所熟知。相比于传统的依靠部件振动发声的电声换能器,氧化铟锡等薄膜热发声器具有无振动部件、体积小、重量轻及柔性等优点,这些特性可以改变车辆和飞机等载运工具上扬声器体积过大及布置受限的局面,也可以作为次级声源更好应用于载运工具的舱室噪声有源控制中。电-热-声模型和光-热-声模型是薄膜热声效应最主要的两个理论模型,然而这两个模型存在一些缺点与不足,限制了薄膜热声效应的应用领域。例如,在电-热-声模型中,导线和电极材料使薄膜扬声器输出声信号存在接触误差;在光-热-声模型中,需要高质量的可控光源,且薄膜与光源之间不能有障碍物,否则无法完成光-热-声之间的转换。为了进一步探究热致发声扬声器的性能并拓展其应用领域,本文基于优良导体在交变磁场下的涡流效应理论和固体的热声效应理论,选择导电层为微米级别的氧化铟锡薄膜作为发声器材,首先建立了氧化铟锡薄膜磁-热-声理论模型,进行了氧化铟锡薄膜声学理论计算;其次通过实验验证理论模型的准确性,并定量研究了氧化铟锡薄膜扬声器声压级(SPL)的可控参数;最后,对氧化铟锡薄膜的传热特性进行了研究与分析,推导出氧化铟锡薄膜表面瞬态温升表达式,搭建了温度测量实验平台,并将实验测量值与理论计算值进行对比,验证了传热模型的准确性,进而研究氧化铟锡薄膜产生声信号的机理——温度振荡。文中研究源自国家自然科学基金面上项目,主要工作及成果如下:(1)基于优良导体在磁场下的涡流效应理论、基底传热理论以及氧化铟锡薄膜热容的影响,建立了氧化铟锡薄膜的磁-热-声模型,推导出氧化铟锡薄膜的近场声压公式和远场声压公式。搭建了氧化铟锡薄膜声压测试的实验平台,对薄膜的输出声压进行了测试,将声压理论计算值与实验测试值进行对比分析,结果表明:氧化铟锡薄膜的理论计算值与实验测试值吻合良好,验证了薄膜磁-热-声理论模型的正确性;薄膜输出的声信号与涡流热功率呈线性关系;在远场中,薄膜的声压与测量距离存在反比关系。(2)在验证氧化铟锡薄膜磁-热-声理论模型准确的基础上,定量研究了线圈相关参数与薄膜声压级的关系、气体相关参数对薄膜声压级的影响以及氧化铟锡薄膜物理参数对系统性能的影响。研究结果表明:1)线圈匝数增加30匝,氧化输出声压级上升了约4.2dB;线圈横截面圆半径增大7mm,氧化铟锡薄膜输出声压级降低约3.6 dB;薄膜与线圈轴线中心距离增大9mm,氧化铟锡薄膜输出声压级降低约4 dB;2)氧化铟锡薄膜扬声器声压级与气体的恒压热容呈负相关,与气体的导热系数以及密度成正相关;3)当薄膜的厚度远小于磁场能达到薄膜的径向深度,即以趋肤深度作为边界条件,氧化铟锡薄膜扬声器的声压级随着薄膜厚度的增加而升高,薄膜的机械强度随着其厚度增加而提高,其使用寿命也会随之而提升。(3)建立了氧化铟锡薄膜磁-热-声效应的传热模型,考虑基底传热损耗以及空气自然对流等因素,推导出氧化铟锡薄膜表面瞬态温升公式和温度振荡公式,测试了不同面积氧化铟锡薄膜的瞬态温升,并采用间接的实验方法来验证氧化铟锡薄膜温度振荡的正确性。研究结果表明:氧化铟锡薄膜的稳态温度响应时间约为50s,起始时的环境温度对薄膜稳态温度有影响,两者近似成正相关,但对薄膜稳态温度响应时间没有影响;薄膜温度振荡理论值与间接实验测试值随频率变化吻合良好,验证了氧化铟锡薄膜传热模型的正确性;氧化铟锡薄膜的温度振荡值随频率呈上升趋势,从传热学的角度解释了为何氧化铟锡薄膜的输出声压在高频区间具有良好的幅频特性。
其他文献
以层状纳米磷酸锆(α-ZrP)为载体,负载化学发泡剂偶氮二甲酰胺(AC),制备了具有高AC负载量的新型α-ZrP/AC纳米复合发泡剂。TEM、XRD、FTIR和TGA等分析测试结果表明,AC发泡剂稳定地负载于α-ZrP片层表面,负载方式主要是物理吸附。当AC与α-ZrP的投料质量比为2:1时,复合发泡剂中AC负载量可达1 703 mg/g。将该复合发泡剂应用于聚丙烯木塑复合材料模压发泡,得到了具有
期刊
激光金属沉积(LMD)技术作为一种新兴的激光增材制造技术,具备快速制造和个性化定制以及高的资源利用率等传统工艺无法达到的优势。本论文通过选取18Ni-300马氏体时效钢(简称MS)作为研究对象,从激光和热处理工艺改进和优化、成分设计等方面对LMD成型MS合金材料及其复合材料进行系统地研究,以改善其组织结构和力学性能。激光工艺参数优化发现最优激光能量密度约为90 J/mm2,此时试样致密度达99.9
学位
随着物理学科核心素养提出提高学生在复杂情境下解决问题的能力、《新课标》重视创设情境教学和新高考试题情境化程度非常高,情境教学得到了广泛应用。情境素材作为情境教学内容表现的原材料,《义务教育物理课程标准(2022年版)》和《普通高中化学课程标准(2017年版)》在各个主题中增加了“情境素材建议”内容,情境素材应当受到相应的重视。本研究围绕情境素材资源库的建设,分为建设前期、建设过程和建设后期三部分。
学位
族群冲突治理是独立后的印度一直面临的重要任务。印度政府在顶层设计上采用了族群联邦主义的制度安排,即通过给予聚居在特定地理范围的族群共同体一定程度上的自治,以承认它的族群特性。印度的族群联邦主义制度可以从横向和纵向两个维度审视。横向层面是指宪法中的特殊安排,纵向层面则涉及邦重组方式的不断演进、以族群联邦主义为指导思路治理族群冲突、延伸保留政策。印度的族群联邦主义制度成功地阻断了族群冲突,使危机或动乱
期刊
近年来,镓基液态金属在多个领域展示了较大的应用价值,受到了广泛的关注,但液态金属本身具有高表面张力,难以润湿在其它材料表面,这大大的限制了液态金属在柔性电子及柔性机器人领域的应用。针对这一瓶颈难题,本文提出了一种新的主动可控液态金属润湿性涂层,实现了液态金属在任意基底的可控润湿,且在强酸强碱等极端环境下润湿性仍能很好保持。本文的研究内容主要分以下三个方面:首先,提出一种功能液态金属润湿性涂层的制备
学位
在制造业不断革新的时代,工厂中的智能物料调度生产是重中之重,不同企业的生产流程、任务协作具有其自身的特性。在此种环境下,结合企业自身条件、资源环境、生产特性对工厂的物料、人员、软硬件进行统筹调度,是制造业实现智能化、自动化亟待解决的痛点。本文基于表面贴装(SMT)机器工厂,在深入研究车间的人员管理、生产流程、物流运转的前提下,基于面向服务(SOA)架构理念的基础上研究与开发智能物料调度系统,主要研
学位
目前我国过老龄化人口越来越多,老龄化问题趋势日益突显,其中影响老年人日常生活最主要的问题是体弱和肢体运动障碍等,针对这些问题越来越多的患者选择康复训练的方式帮助其恢复肢体运动功能。康复训练主要分为两种形式:一是依靠专业治疗师徒手操作简单的医疗器械辅助患者进行康复训练,二是使用针对人体不同部位的康复机器人协助患者自己进行重复性的康复训练。随着科技的进步和人们生活水平的提高,越来越多的患者选择康复机器
学位
随着纳米科技的发展以及微纳机电系统的兴起,越来越多的纳米科学和技术得到广泛应用,涵盖了航空航天、车辆工程、医疗健康、电子信息等多个领域,给人们的生活带来了极大的便利。很多微观功能器件利用压电效应良好的力电耦合特性制成,但在纳米尺度时除了压电效应,还存在着一种极易被忽略的效应——挠曲电效应。压电效应是由应变与电场的耦合产生,而挠曲电效应主要是由纳米尺度下显著增加的应变梯度与电场耦合而产生的,且尺寸越
学位
作为数字图像处理的一项重要的预处理步骤,图像分割的准确性会影响到图像后续的目标识别和特征分析。鉴于图像分割的重要性,研究人员提出了针对图像目标的分割算法。在这些分割算法中,主动轮廓模型以其成熟的变分理论和优秀的分割表现,成为近些年来学者们研究的热门。然而在数字图像中,常存在成像设备、光照条件以及复杂背景信息引起的灰度不均(又称偏场)。传统的图像分割方法在分割灰度不均图像时极易受到偏场的干扰,这种干
学位
化学概念的教学是中学化学教学的重要组成部分。学生在学习概念部分内容时往往会受已有知识基础等因素影响而产生迷思概念,这些迷思概念的产生对于学生的化学学习会产生极大的阻碍,并进而影响其化学学科思想的建立、核心素养的发展和科学精神的树立。综上,针对学生可能存在的迷思概念进行探查,并开展相关的迷思概念转变的研究是非常有必要的。自从迷思概念这一名词被提出以来,面向迷思概念或化学迷思概念的研究一直都是热门话题
学位