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

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。

High sensitivity magnetic refrigerator, thermal conductivity ON/OFF switch, magnetic material (La(Fe_xSi_<1-x>)13H_y), magnetic material movement mechanism, thermal insulation structure. In this study, new regulations are needed to open up new thermal structures. The performance of magnetic refrigerator depends on the specific OFF/ON ratio of thermal resistance. The thermal resistance is increased when the thermal structure is OFF, and the thermal resistance is decreased when the thermal structure is ON. MEMS technology uses fine resin and beam support structures. Contact heat resistance is reduced, 2 objects are closely attached, and the contact area of Weishi app is limited. Last year, contact with mercury on one side of the body, liquid-solid contact with mercury on the other side of the body, The surface of the substrate is covered with mercury. The results of this academic paper are as follows: This year, contact with one side of the object to grow, contact with the heat resistance of the object to grow, contact with the heat resistance of the object to grow. The contact thermal resistance was measured when the thermal structure was exposed to a contact pressure of 20kPa and a contact pressure of 600 mm^2K/W. The heat resistance of the film is 1/10 degree. The result is that the performance of the magnetic refrigerator is very good, and the refrigeration is possible.

项目成果

MERCURY DROPLET ACTUATION USING NEW DESIGN OF ELECTRODES FOR LONG WORKING RANGE

采用新电极设计的汞滴驱动，工作范围长

• 发表时间: 2008
• 期刊: Proceedings of PowerMEMS 2008 + μEMS 2008
• 作者: T. Tsukamoto;M. Esashi;S. Tanaka
• 通讯作者: S. Tanaka

Long working range mercury droplet actuation

长工作范围汞滴驱动

• 发表时间: 2009
• 期刊: Journal of Micromechanics and Microengineering 19
• 作者: Takashi Tsukamoto;Masayoshi Esashi;Shuji Tanaka
• 通讯作者: Shuji Tanaka

LOW CONTACT RESISTANCE MICRO THERMAL SWITCH WITH CARBON-NANOTUBE-ENHANCED CONTACTOR

带碳纳米管增强接触器的低接触电阻微热开关

• 发表时间: 2009
• 作者: T.Tsukamoto;M.Esashi;S.Tanaka
• 通讯作者: S.Tanaka