微通道有哪些應用？

早在20世紀80年代，人們就開始對微通道換熱器進行研究。1981年，美國學

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。該換熱器可應用在超大集成電路上，通過實驗測量可知，當其將芯片上

790w／cm2的熱量散去時，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的發(fā)展，其應用更加廣泛，例如設備的冷卻、生物工程、

個人制冷系統(tǒng)等。在現(xiàn)代設備冷卻的方法中，微通道技術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，單位體積內的散熱面積相

對較大【目前，像電子設備，還有包括筆記本在內的很多微機都是采用微通

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

工作，二是均衡CPU的熱量。低噪聲工作是因為微通道冷卻系統(tǒng)并不需要采用類似風冷

系統(tǒng)的高速旋轉的風扇，而是只需要幾個低速旋轉的小部件，如小型風扇、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，

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，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。

在生物工程領域，二十一世紀被稱做是生命科學的新紀元。在這個偉大的世紀

里，科學家們提前完成了人類基因組計劃，并且啟動了蛋白質組計劃，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。在科學家們進行基因測序、診斷、

識別以及蛋白質功能研究等技術工作時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增細胞核酸的技術，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槽中，并讓PCR

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

使得DNA的變性、退火和擴增過程能夠得以實現(xiàn)【這其中的“微反應槽”就應用

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，在動植物體內，

像植物的導管、動物的血管等其結構都與這種微通道的結構相似。文獻【中就利用

這個特點來模擬毛細血管網(wǎng)絡，其“網(wǎng)絡”實際上就是一種材料與結構均比較特殊

的微通道陣列，通過MEMS技術加工而成的?；诠杌⑼ǖ狸嚵?，紅細胞流變學測

量芯片系統(tǒng)研究才能夠得以實現(xiàn)。該系統(tǒng)結合了醫(yī)療、生化等相關學科的優(yōu)勢，促

進了其領域內各科學研究的廣泛應用。

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

殊環(huán)境下，微型制冷裝置在個人制冷上的應用也更加廣泛，這主要是因為在系統(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

壓縮機或者是微泵制成一個微型制冷系統(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，在驅動方面甚至光用電池就能使得整個循環(huán)系統(tǒng)正常運

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

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正由于此，

在一些特殊場合或領域，比如燃料電池動力潛艇的試航、微型核反應堆的試運行、微化學

儀器以及微透平機械的應用等，其中采用的換熱設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是許多常規(guī)尺寸換熱設備所不具備的，具有*的*性，為此推動了微換熱器的研究發(fā)展以及廣泛應用。

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