微通道有哪些應(yīng)用？

早在20世紀(jì)80年代，人們就開始對微通道換熱器進(jìn)行研究。1981年，美國學(xué)

者Tuckerman和Pease[101提出了一種水冷肋片式散熱器，采用的材料是硅。該換熱

器為矩形多微通道換熱器，矩形截面高寬比為6，通道和肋片寬度均為50um，長度

為300um。該換熱器可應(yīng)用在超大集成電路上，通過實(shí)驗(yàn)測量可知，當(dāng)其將芯片上

790w／cm2的熱量散去時(shí)，將產(chǎn)生2atm的壓降，而且能夠使芯片的表面溫度低于110

度。

現(xiàn)如今隨著微通道技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用更加廣泛，例如設(shè)備的冷卻、生物工程、

個(gè)人制冷系統(tǒng)等。在現(xiàn)代設(shè)備冷卻的方法中，微通道技術(shù)可以說是一種主要手段。

在芯片的熱控制管理中，就經(jīng)常采用到微通道冷卻器，微通道冷卻器處于芯片的背

面，采用連接管路將它與周圍的散熱器及微泵連接起來組成一個(gè)閉合的回路。冷卻

劑在微型泵的作用下在微通道冷卻器中流動，流動過程中不斷帶走芯片產(chǎn)生的熱量。

微通道的換熱系數(shù)較常規(guī)通道更高，主要是其尺寸很小，單位體積內(nèi)的散熱面積相

對較大【目前，像電子設(shè)備，還有包括筆記本在內(nèi)的很多微機(jī)都是采用微通

道水冷式散熱。其原因這主要是水冷散熱系統(tǒng)的兩個(gè)比較突出的優(yōu)點(diǎn)，一是低噪聲

工作，二是均衡CPU的熱量。低噪聲工作是因?yàn)槲⑼ǖ览鋮s系統(tǒng)并不需要采用類似風(fēng)冷

系統(tǒng)的高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇，而是只需要幾個(gè)低速旋轉(zhuǎn)的小部件，如小型風(fēng)扇、微

泵等，從而大大降低了工作噪聲。而對于均衡CPU的熱量，則與水的比熱容有關(guān)，

水的比熱容較大使得水有吸收大量熱量而保持溫度變化不大的特性，所以在水冷系

統(tǒng)中CPU的溫度能夠維持在某一特定范圍內(nèi)，即使發(fā)生突發(fā)事故，水的這一特性也

能保證CPU的溫度不會在瞬間發(fā)生巨大的變化，這使得CPU得以正常而穩(wěn)定的工作，

這樣也為廣大的超頻愛好者們提供了很好的幫助。

在生物工程領(lǐng)域，二十一世紀(jì)被稱做是生命科學(xué)的新紀(jì)元。在這個(gè)偉大的世紀(jì)

里，科學(xué)家們提前完成了人類基因組計(jì)劃，并且啟動了蛋白質(zhì)組計(jì)劃，從此人類基

因序列和蛋白序列的數(shù)據(jù)以飛快的速度增長著。在科學(xué)家們進(jìn)行基因測序、診斷、

識別以及蛋白質(zhì)功能研究等技術(shù)工作時(shí)要用到一種十分重要的工具，即生物芯片。

例如有一種能夠在體外無限的擴(kuò)增細(xì)胞核酸的技術(shù)，也叫做PCR微流控芯片，就是

一種生物芯片。該芯片的主要工作原理就是把用模板DNA、Taq酶、引物以及緩沖液

均勻混合的混合物加入到在芯片狀的固體支持物上面加工的微反應(yīng)槽中，并讓PCR

混合物重復(fù)通過芯片，由于芯片上三個(gè)恒溫區(qū)是由三種不同的方法加熱的，這樣就

使得DNA的變性、退火和擴(kuò)增過程能夠得以實(shí)現(xiàn)【這其中的“微反應(yīng)槽”就應(yīng)用

了微通道的流動與換熱特性的研究理論，也就是一種微通道。同時(shí)，在動植物體內(nèi)，

像植物的導(dǎo)管、動物的血管等其結(jié)構(gòu)都與這種微通道的結(jié)構(gòu)相似。文獻(xiàn)【中就利用

這個(gè)特點(diǎn)來模擬毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)，其“網(wǎng)絡(luò)”實(shí)際上就是一種材料與結(jié)構(gòu)均比較特殊

的微通道陣列，通過MEMS技術(shù)加工而成的?；诠杌⑼ǖ狸嚵?，紅細(xì)胞流變學(xué)測

量芯片系統(tǒng)研究才能夠得以實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)結(jié)合了醫(yī)療、生化等相關(guān)學(xué)科的優(yōu)勢，促

進(jìn)了其領(lǐng)域內(nèi)各科學(xué)研究的廣泛應(yīng)用。

發(fā)展迅速的微電子機(jī)械系統(tǒng)，促使機(jī)械裝置開始向微型化和輕量化發(fā)展。在特

殊環(huán)境下，微型制冷裝置在個(gè)人制冷上的應(yīng)用也更加廣泛，這主要是因?yàn)樵谙到y(tǒng)換

熱能力相同的情況下，與常規(guī)制冷裝置相比，微型制冷裝置的體積可以減d,N 1／60

以下，占用面積更少，攜帶方便。例如可以在服裝的表面利用微通道散熱器和微型

壓縮機(jī)或者是微泵制成一個(gè)微型制冷系統(tǒng)，這樣方便戶外的行人和*等緩解炎熱

天氣【相比常規(guī)制冷系統(tǒng)，微型制冷系統(tǒng)在很多方面具有其優(yōu)勢，如制冷劑的流

量、系統(tǒng)流阻等要小的多，在驅(qū)動方面甚至光用電池就能使得整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)正常運(yùn)

行，這樣不僅制冷而且比較節(jié)能。隨著世界能源日趨緊張，能源危機(jī)問題越來越嚴(yán)

重，越來越多的人開始對微型制冷系統(tǒng)感興趣并給予高度重視。

尺度較小，面積體積比大，換熱效果更好，這是微通道換熱器的幾大特點(diǎn)正由于此，

在一些特殊場合或領(lǐng)域，比如燃料電池動力潛艇的試航、微型核反應(yīng)堆的試運(yùn)行、微化學(xué)

儀器以及微透平機(jī)械的應(yīng)用等，其中采用的換熱設(shè)備對尺寸和重量有所要求，所以均采用微通道換熱器。由于微換熱器這些特點(diǎn)是許多常規(guī)尺寸換熱設(shè)備所不具備的，具有*的*性，為此推動了微換熱器的研究發(fā)展以及廣泛應(yīng)用。

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