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

基本信息

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

项目摘要

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。

用于高灵敏度微传感器的微型磁制冷机由打开/关闭热传导的热开关、变磁材料（La(Fe_xSi_<1-x>)13H_y）、移动变磁材料的机构和绝热材料组成。结构组成。在这项研究中，我们开发了一种由隔热结构支撑的热开关，这需要新的开发。微型磁制冷机的性能很大程度上取决于热开关的性能，特别是热阻的OFF/ON比。因此，需要通过采用隔热结构来增加OFF状态下的热阻，同时通过降低接触热阻来降低ON状态下的热阻。作为隔热结构，我们使用 MEMS 技术创建了由细长树脂（聚对二甲苯）梁支撑的结构。为了降低接触热阻，需要使两个物体紧密接触，但从微观上看，物体之间的接触面积受到表面粗糙度的限制。去年，我们尝试使用汞作为接触物体之一，通过液固接触来降低接触热阻。尽管我们成功地通过电润湿在很大程度上移动了汞，但很明显，由于绝缘基板表面上的充电，这种移动缺乏再现性。结果总结在一篇学术论文中。今年，我们尝试通过在其中一个接触物体的地毯上生长碳纳米管，并利用碳纳米管的弹性变形使两个物体紧密接触来降低接触热阻。在绝热结构的热开关表面生长碳纳米管，测量接触热阻，在微执行器产生20kPa的接触压力下，实现了600mm^2K/W的低热阻。该热阻大约是没有碳纳米管时的1/10。根据这一结果，我们评估了微型磁制冷机的性能，并确认了制冷是可能的。