高感度マイクロセンサのためのマイクロ磁気冷凍機の開発

用于高灵敏微传感器的微型磁制冷机的开发

• 批准号: 20651036
• 负责人: 田中 秀治
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20651036/
• 关键词: 熱スイッチ; 磁気冷凍; メタ磁性体; MEMS; カーボンナノチ; 接触熱抵抗; 水銀滴; カーボンナノチューブ; 熱スイッチ; 磁気冷凍; メタ磁性体; MEMS; カーボンナノチ; 接触熱抵抗; 水銀滴; カーボンナノチューブ

高感度マイクロセンサのためのマイクロ磁気冷凍機は,熱伝導のON/OFFを切り替える熱スイッチ,メタ磁性体(La(Fe_xSi_<1-x>)13H_y),メタ磁性体の移動機構,および断熱構造で構成される。本研究では,新規開発が必要な断熱構造で支えられた熱スイッチを開発した。マイクロ磁気冷凍機の性能は,熱スイッチの性能,具体的には熱抵抗のOFF/ON比に大きく依存する。したがって,断熱構造によってOFF時の熱抵抗を上げ,同時に接触熱抵抗の低減によってON時の熱抵抗を下げることが必要である。断熱構造として,MEMS技術を用いて細く長い樹脂(パリレン)の梁で支えられた構造を作製した。接触熱抵抗の低減には,2つの物体を密着させる必要があるが,微視的には表面粗さによって物体の接触面積は限られる。昨年度は,接触する物体の一方を水銀にし,液体-固体接触によって接触熱抵抗を下げることを試みた。水銀をエレクトロウェッティングによって大きく動かすことに成功したが,絶縁された基板表面のチャージアップによって,その動きは再現性に欠くことが明らかになった。この成果は学術論文としてまとめた。今年度は,接触する物体の一方にカーボンナノチューブを絨毯上に成長させ,カーボンナノチューブの弾性変形によって2つの物体を密着させ,接触熱抵抗を下げることを試みた。断熱構造を有する熱スイッチの表面にカーボンナノチューブを成長させ,その接触熱抵抗を計測し,マイクロアクチュエータが発生する20kPaの接触圧で600mm^2K/Wという低い熱抵抗を実現した。この熱抵抗はカーボンナノチューブがないときのそれの1/10程度である。この結果によって,マイクロ磁気冷凍機の性能を見積り,冷凍が可能であることを確かめた。

高度敏感的微传感器的微磁性冰箱由热传导打开/关闭的热开关，元磁材料（LA（fe_xsi_ <1-x>）13H_Y），元磁材料运动机构和热绝缘结构。在这项研究中，开发了需要新开发的热绝缘结构支持的热开关。微磁性冰箱的性能高度取决于热开关的性能，特别是热电阻的OFF/ON比率。因此，当隔热结构关闭热量时，有必要增加热电阻，同时，当热量打开热量时，当热量打开热量时，则降低热电阻。作为热绝缘结构，使用MEMS技术制造了由薄，长的树脂（Parylene）束支撑的结构。为了降低接触热电阻，需要密切接触两个物体，但是在显微镜下，表面粗糙度限制了物体的接触区域。去年，我们试图将其中一个接触物物体进入汞中，并通过液体固体接触降低接触热阻力。尽管汞成功地通过电解进行了广泛的移动，但绝缘底物表面的充电表明其运动不可再现。该结果被编译成学术论文。今年，我们试图在地毯上的一个接触物物体上种植碳纳米管，并且通过碳纳米管的弹性变形，将这两个物体彼此接触，从而降低了接触耐热性。用绝缘结构在热开关的表面生长碳纳米管，并测量碳纳米管的接触热电阻，并在20KPA的接触压力下达到600 mm^2K/W的低热电阻，这是由Microrocantuator产生的。当没有碳纳米管时，这种热电阻约为其中的1/10。估计该结果可以确定微磁性冰箱的性能，并且可以冻结它。