マイクロチャネル（マイクロテクノロジー）

マイクロテクノロジーにおけるマイクロチャネルとは、水力直径が1 mm未満、通常は1～99 μmのチャネルを指します。 ^[1]マイクロチャネルは、流体制御（マイクロ流体工学を参照）、熱伝達（マイクロ熱交換器を参照）、細胞移動の観察に使用されます。^[2]マイクロチャネルは、表面積と体積の比率が高いため、マクロチャネルよりも効率的ですが、サイズが小さいため多くの課題があります。^[3]

材料

マイクロチャネルの用途に応じて、異なるタイプの材料が必要になります。これらが3つの主要なカテゴリーです。^[4]

ポリマーおよびガラス基板

ポリメチルメタクリレート（PMMA）は、低コストで製造方法が容易なため、幅広いマイクロ流体デバイスのソリューションとして使用されています。^[4] シリコンエラストマーは、弾性と変形が必要な状況で使用できます。^[5]

金属基板

金属基板は、高温に耐え、熱をより速く伝達するなど、金属の有利な特性のために選択されることが多いが、腐食する可能性がある。^[4]^[6]

半導体、セラミックス、複合材料

セラミック材料は金属基板に比べて高温での動作が可能であり、金属が使用できない過酷な化学環境での動作を可能にします。^[7]

歴史

マイクロチャネルの概念は、1981年にスタンフォード電子研究所の研究者タッカーマンとピーズによって初めて提案されました。^[8]彼らは、層流と完全に発達した流れの中でマイクロチャネルを設計するための効果的な方法を提案しました。^[9]

一般的な用途

マイクロチャネルは拡散距離が短く、界面積が大きく、熱/質量移動速度が高いため、製薬産業や生化学産業で広く使用されています。^[10]

参照

出典

^ Kandlikar, Satish G. (2006).ミニチャネルとマイクロチャネルにおける熱伝達と流体の流れ。アムステルダム、オランダ：Elsevier BV pp. 450。ISBN 978-0-08-044527-4。
^ 「マイクロチャネル」。4Dcell 。 2022年7月15日閲覧。
^ Puccio, Kris (2020-02-10). 「マイクロチャネル熱交換器とその使用例を理解する」Therma . 2022-07-15閲覧。
^ abc Prakash, Shashi; Kumar, Subrata. 「マイクロチャネルの製造：レビュー」。Journal of Engineering Manufacture . 229 (8).
^ Yuen, Michelle; Kramer, Rebecca. 「伸縮性エレクトロニクスのためのエラストマー基板へのマイクロチャネルの製造」(PDF)。MSEC Science。
^ 安藤文雄; 山本明; 河合剛; 大森秀; 石田剛; 竹内裕 (2007-01-01)、荒井英治; 荒井達夫 (編)、「超精密加工によるマイクロチャネルアレイの作成」、新時代の安全、セキュリティ、信頼性のためのメカトロニクス、オックスフォード: エルゼビア、pp. 163–168、ISBN 978-0-08-044963-0、 2022-07-15取得
^ Kee, Robert J.; Almand, Berkeley B.; Blasi, Justin M.; Rosen, Benjamin L.; Hartmann, Marco; Sullivan, Neal P.; Zhu, Huayang; Manerbino, Anthony R.; Menzer, Sophie; Coors, W. Grover; Martin, Jerry L. (2011-08-01). 「セラミック逆流マイクロチャネル熱交換器の設計、製造、評価」.応用熱工学. 31 (11): 2004–2012. Bibcode :2011AppTE..31.2004K. doi :10.1016/j.applthermaleng.2011.03.009. ISSN 1359-4311.
^ Tuckerman, DB, & Pease, RFW (1981). VLSI 向け高性能ヒートシンク。IEEE Electron device letters, 2(5), 126-129. https://dx.doi.org/10.1109/EDL.1981.25367
^ Salimpour, MR, Al-Sammarraie, AT, Forouzandeh, A., & Farzaneh, M. (2019). 円形多層マイクロチャネルヒートシンクのコンストラクタル設計。Journal of Thermal Science and Engineering Applications, 11(1), 011001. https://dx.doi.org/10.1115/1.4041196
^ Jaiswal, P., Kumar, U., Biswas, KG(2021) マイクロディメンションリアクターを通る液液フロー：流体力学、質量移動、反応速度論のレビュー。Exp. Comput. Multiph. Flow 2021. https://doi.org/10.1007/s42757-020-0092-0

[Kandlikar2-1] Kandlikar, Satish G. (2006).ミニチャネルとマイクロチャネルにおける熱伝達と流体の流れ。アムステルダム、オランダ：Elsevier BV pp. 450。ISBN 978-0-08-044527-4。

[2] 「マイクロチャネル」。4Dcell 。 2022年7月15日閲覧。

[3] Puccio, Kris (2020-02-10). 「マイクロチャネル熱交換器とその使用例を理解する」Therma . 2022-07-15閲覧。

[:0-4] Prakash, Shashi; Kumar, Subrata. 「マイクロチャネルの製造：レビュー」。Journal of Engineering Manufacture . 229 (8).

[5] Yuen, Michelle; Kramer, Rebecca. 「伸縮性エレクトロニクスのためのエラストマー基板へのマイクロチャネルの製造」(PDF)。MSEC Science。

[6] 安藤文雄; 山本明; 河合剛; 大森秀; 石田剛; 竹内裕 (2007-01-01)、荒井英治; 荒井達夫 (編)、「超精密加工によるマイクロチャネルアレイの作成」、新時代の安全、セキュリティ、信頼性のためのメカトロニクス、オックスフォード: エルゼビア、pp. 163–168、ISBN 978-0-08-044963-0、 2022-07-15取得

[7] Kee, Robert J.; Almand, Berkeley B.; Blasi, Justin M.; Rosen, Benjamin L.; Hartmann, Marco; Sullivan, Neal P.; Zhu, Huayang; Manerbino, Anthony R.; Menzer, Sophie; Coors, W. Grover; Martin, Jerry L. (2011-08-01). 「セラミック逆流マイクロチャネル熱交換器の設計、製造、評価」.応用熱工学. 31 (11): 2004–2012. Bibcode :2011AppTE..31.2004K. doi :10.1016/j.applthermaleng.2011.03.009. ISSN 1359-4311.

[8] Tuckerman, DB, & Pease, RFW (1981). VLSI 向け高性能ヒートシンク。IEEE Electron device letters, 2(5), 126-129. https://dx.doi.org/10.1109/EDL.1981.25367

[9] Salimpour, MR, Al-Sammarraie, AT, Forouzandeh, A., & Farzaneh, M. (2019). 円形多層マイクロチャネルヒートシンクのコンストラクタル設計。Journal of Thermal Science and Engineering Applications, 11(1), 011001. https://dx.doi.org/10.1115/1.4041196

[10] Jaiswal, P., Kumar, U., Biswas, KG(2021) マイクロディメンションリアクターを通る液液フロー：流体力学、質量移動、反応速度論のレビュー。Exp. Comput. Multiph. Flow 2021. https://doi.org/10.1007/s42757-020-0092-0