แผ่นเมมเบรนสั่นสะเทือนเพชรและวิธีการผลิต

แผ่นสั่นสะเทือนเพชรและวิธีการผลิตนั้น ใช้พลังงานที่ไม่สม่ำเสมอ (เช่น ลวดต้านทานความร้อน พลาสมา เปลวไฟ) กระตุ้นก๊าซที่แตกตัวเหนือแม่พิมพ์ โดยใช้ระยะห่างระหว่างพื้นผิวโค้งของแม่พิมพ์และพลังงานที่ไม่สม่ำเสมอที่กระตุ้นก๊าซที่แตกตัว ทำให้เกิดผลกระทบความร้อนที่แตกต่างกัน เมื่อเคลือบวัสดุเพชรลงบนพื้นผิวของแม่พิมพ์ การเจริญเติบโตของวัสดุเพชรจะแตกต่างกัน ทำให้แผ่นสั่นสะเทือนเพชรมีลักษณะการสั่นสะเทือนที่ไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้แผ่นสั่นสะเทือนเพชรมีแบนด์วิดท์เสียงที่กว้างขึ้น
ในการเลือกวัสดุสำหรับไดอะแฟรม ปัจจัยหลักที่ต้องพิจารณาคือความแข็งและคุณสมบัติการหน่วง ความแข็งเป็นตัวกำหนดความถี่ธรรมชาติของวัสดุ โดยวัสดุที่มีความแข็งสูงจะมีความถี่ธรรมชาติค่อนข้างสูง และในทางกลับกัน วัสดุที่มีความแข็งต่ำจะมีความถี่ธรรมชาติต่ำ วัสดุที่มีคุณสมบัติการหน่วงที่ดีจะช่วยให้ไดอะแฟรมสั่นได้ราบรื่นขึ้น ทำให้ระดับความดันเสียงที่ออกมาจากไดอะแฟรมสั่นนั้นราบเรียบยิ่งขึ้น

วัสดุที่ใช้ทำแผ่นไดอะแฟรมสั่นแบบดั้งเดิม ได้แก่ กระดาษ พลาสติกโพลีเมอร์ โลหะ (เบริลเลียม ไทเทเนียม อลูมิเนียม) เซรามิก เป็นต้น กระดาษและโพลีเมอร์มีคุณสมบัติการลดแรงสั่นสะเทือนที่ดี แต่มีความแข็งแรงต่ำและเสียหายง่าย และความแข็งต่ำเกินไป ทำให้ความถี่ในการทำงานสูงสุดถูกจำกัด แม้ว่าแผ่นไดอะแฟรมโลหะจะมีความแข็งที่ดีกว่า แต่โลหะที่มีความแข็งสูง เช่น เบริลเลียม ไทเทเนียม เป็นต้น มีราคาแพงและแปรรูปยาก วัสดุเซรามิกก็มีปัญหาเรื่องกระบวนการเผาผนึกที่ซับซ้อนเช่นกัน เนื่องจากคุณสมบัติทางกลและความแข็งแรงที่ดีเยี่ยมของวัสดุเพชร จึงเหมาะสำหรับการผลิตไดอะแฟรมที่มีน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงสูง และสามารถใช้ในลำโพงความถี่กลางและสูงได้ เสียงที่ต้องการจะถูกสร้างขึ้นผ่านความถี่การสั่นของไดอะแฟรม ยิ่งความถี่การสั่นของไดอะแฟรมสูงเท่าใด ความต้องการด้านความแข็งแรงทางกลและคุณภาพของไดอะแฟรมก็จะยิ่งเข้มงวดมากขึ้นเท่านั้น และการใช้วัสดุเพชรในการทำไดอะแฟรมสามารถบรรลุเป้าหมายนี้ได้

โดยทั่วไปแล้ว แผ่นไดอะแฟรมที่สั่นสะเทือนจะมีขีดจำกัดความถี่ตอบสนองสูงสุด อย่างไรก็ตาม ไม่ว่าแผ่นไดอะแฟรมจะทำจากเพชรหรือวัสดุอื่น ความถี่ธรรมชาติก็ถูกจำกัดอยู่ในช่วงเฉพาะเนื่องจากคุณสมบัติโดยรวมของวัสดุที่สม่ำเสมอ ซึ่งจำกัดประสิทธิภาพแบนด์วิดท์ ลักษณะการหน่วงและความแข็งแกร่งไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามอำเภอใจ ซึ่งจำกัดคุณภาพเสียงและประสิทธิภาพโทนเสียง ดังนั้น หากต้องการครอบคลุมช่วงความถี่ที่หูมนุษย์ยอมรับได้ โดยปกติแล้วจำเป็นต้องใช้แผ่นไดอะแฟรมหลายแผ่นที่มีแบนด์วิดท์และขีดจำกัดความถี่สูงสุดที่แตกต่างกันในเวลาเดียวกันเพื่อให้ได้เอฟเฟกต์เสียงที่ดีที่สุด ดังนั้น ในเทคโนโลยีที่มีอยู่ก่อนหน้านี้ จึงมีเทคโนโลยีการใช้วัสดุที่แตกต่างกันในการทำแผ่นไดอะแฟรมเป็นส่วนๆ ส่วนกลางของแผ่นไดอะแฟรมทำจากวัสดุที่มีความแข็งสูง และวงแหวนรอบนอกทำจากวัสดุที่มีความแข็งต่ำ จากนั้นจึงนำสองส่วนนี้มาเชื่อมต่อกันเพื่อสร้างแผ่นไดอะแฟรมเดียวที่มีความแข็งและความหนาต่างกันสองแบบในเวลาเดียวกัน และสามารถครอบคลุมแบนด์วิดท์ที่กว้างขึ้นได้ อย่างไรก็ตาม ความหนาของฟิล์มที่สั่นสะเทือนมักจะบางมาก และการเชื่อมต่อทำได้ยาก หากนำไปใช้กับวัสดุเพชร เทคโนโลยีการยึดติดและสารยึดติดก็เป็นปัญหาใหญ่มาก ดังนั้นจึงไม่สะดวกที่จะนำไปใช้กับวัสดุเพชร

เพื่อแก้ปัญหาข้างต้น สิ่งประดิษฐ์นี้จึงเสนอฟิล์มสั่นเพชรและวิธีการผลิต ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงความแข็ง ความหนา และลักษณะการหน่วงของบริเวณต่างๆ บนฟิล์มสั่นเพชร ทำให้มีลักษณะการสั่นที่ไม่สม่ำเสมอและครอบคลุมช่วงความถี่กว้าง
ตามวิธีการผลิตแผ่นสั่นสะเทือนเพชรที่เปิดเผยในสิ่งประดิษฐ์นี้ จะมีการจัดเตรียมแม่พิมพ์ที่มีพื้นผิวโค้ง และพลังงานที่ไม่สม่ำเสมอ (ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน) ที่กระตุ้นก๊าซที่แตกตัวจะผ่านด้านบนของแม่พิมพ์เพื่อสร้างอุณหภูมิสูงเพื่อทำให้แม่พิมพ์ร้อนขึ้น ส่งผลให้พื้นผิวของแม่พิมพ์มีการกระจายอุณหภูมิที่ไม่เท่ากัน

ตัวอย่างเช่นกับ
1. ลวดต้านทานความร้อนเป็นจุดศูนย์กลาง (บริเวณที่มีพลังงานสูงสุด) และความเข้มข้นของสารตั้งต้นแสดงการกระจายตัวเป็นวงแหวนที่ไม่สม่ำเสมอ
2. เนื่องจากผลกระทบของความยาวคลื่น แอมพลิจูด และคลื่นนิ่งต่อพลาสมาที่ถูกกระตุ้นด้วยพลังงานความถี่สูง ความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยาจึงมีรูปร่างทรงกลมแต่มีการกระจายตัวไม่สม่ำเสมอ
3. พลังงานของเปลวไฟจะลดลงจากบริเวณศูนย์กลางออกไปด้านนอก และความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยาจะมีการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอและแตกต่างกันออกไป
อุณหภูมิและความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เกิดขึ้นจากพลังงานข้างต้นจะลดลงอย่างรวดเร็วจากด้านบนออกไปด้านนอกตามลำดับ ดังนั้น ตำแหน่งต่างๆ บนพื้นผิวแม่พิมพ์จึงสัมผัสกับบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารตั้งต้นต่างกัน ทำให้เกิดฟิล์มเพชรที่มีสถานะโครงสร้างและความหนาต่างกัน ส่งผลให้วัสดุเพชรมีลักษณะการสั่นสะเทือนที่ไม่สม่ำเสมอ (ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน) เช่น ความหนาหรือความแข็งมีการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอ จากนั้นจึงนำฟิล์มเพชรบางๆ ออกจากแม่พิมพ์เพื่อสร้างฟิล์มเพชรสั่นสะเทือน สถานะโครงสร้างของวัสดุเพชรประกอบด้วยไมโครคริสตัล (Micro-crystal) นาโนคริสตัล (Nano-crystal) และอื่นๆ
จากคุณสมบัติของแผ่นฟิล์มสั่นเพชรที่ผลิตขึ้นตามสิ่งประดิษฐ์นี้ ความแข็งและความหนาไม่สม่ำเสมอ โดยบริเวณตรงกลางมีความแข็งสูง บริเวณขอบมีความแข็งต่ำ และบริเวณตรงกลางมีความหนามาก ในขณะที่บริเวณขอบมีความหนาน้อย ลักษณะการสั่นของแต่ละส่วนได้รับผลกระทบจากความแข็งและความหนา ทำให้ความถี่ธรรมชาติของแต่ละส่วนแตกต่างกัน ส่งผลให้ไดอะแฟรมเพชรมีแบนด์วิดท์ที่กว้างขึ้น

คำอธิบายภาพวาด
ภาพที่ 1A-1D เป็นแผนภาพแสดงกระบวนการผลิตของตัวอย่างการใช้งานที่ต้องการอันดับแรกของสิ่งประดิษฐ์นี้
รูปที่ 2A แสดงภาพมุมมองด้านบนของแม่พิมพ์ในแบบจำลองที่ต้องการแบบแรก
รูปที่ 2B แสดงภาพด้านข้างของแม่พิมพ์ในแบบจำลองที่ต้องการแบบแรก
รูปที่ 3 แสดงความถี่และปริมาตรของการวิเคราะห์ตามแบบจำลองที่ต้องการอันดับแรกและงานวิจัยก่อนหน้า และ
ภาพที่ 4A-4D เป็นแผนภาพแสดงกระบวนการผลิตของตัวอย่างการใช้งานที่ต้องการอันดับแรกของสิ่งประดิษฐ์นี้

ในจำนวนนั้น มีป้ายอ้างอิงดังต่อไปนี้:
แม่พิมพ์ 10 ชิ้น
ชั้นการสั่นสะเทือนแรก 12 ชั้น
ชั้นการสั่นสะเทือนที่สองลำดับที่ 14
ลวดต้านทานความร้อน 20 เส้น
พื้นผิวแม่พิมพ์ A, B, C, D