微通道有哪些应用？

微通道有哪些应用？

早在20世纪80年代，人们就开始对微通道换热器进行研究。1981年，美国学

者Tuckerman和Pease[101提出了一种水冷肋片式散热器，采用的材料是硅。该换热

器为矩形多微通道换热器，矩形截面高宽比为6，通道和肋片宽度均为50um，长度

为300um。该换热器可应用在超大集成电路上，通过实验测量可知，当其将芯片上

790w／cm2的热量散去时，将产生2atm的压降，而且能够使芯片的表面温度低于110

度。

现如今随着微通道技术的发展，其应用更加广泛，例如设备的冷却、生物工程、

个人制冷系统等。在现代设备冷却的方法中，微通道技术可以说是一种主要手段。

在芯片的热控制管理中，就经常采用到微通道冷却器，微通道冷却器处于芯片的背

面，采用连接管路将它与周围的散热器及微泵连接起来组成一个闭合的回路。冷却

剂在微型泵的作用下在微通道冷却器中流动，流动过程中不断带走芯片产生的热量。

微通道的换热系数较常规通道更高，主要是其尺寸很小，单位体积内的散热面积相

对较大【目前，像电子设备，还有包括笔记本在内的很多微机都是采用微通

道水冷式散热。其原因这主要是水冷散热系统的两个比较突出的优点，一是低噪声

工作，二是均衡CPU的热量。低噪声工作是因为微通道冷却系统并不需要采用类似风冷

系统的高速旋转的风扇，而是只需要几个低速旋转的小部件，如小型风扇、微

泵等，从而大大降低了工作噪声。而对于均衡CPU的热量，则与水的比热容有关，

水的比热容较大使得水有吸收大量热量而保持温度变化不大的特性，所以在水冷系

统中CPU的温度能够维持在某一特定范围内，即使发生突发事故，水的这一特性也

能保证CPU的温度不会在瞬间发生巨大的变化，这使得CPU得以正常而稳定的工作，

这样也为广大的超频爱好者们提供了很好的帮助。

在生物工程领域，二十一世纪被称做是生命科学的新纪元。在这个伟大的世纪

里，科学家们提前完成了人类基因组计划，并且启动了蛋白质组计划，从此人类基

因序列和蛋白序列的数据以飞快的速度增长着。在科学家们进行基因测序、诊断、

识别以及蛋白质功能研究等技术工作时要用到一种十分重要的工具，即生物芯片。

例如有一种能够在体外无限的扩增细胞核酸的技术，也叫做PCR微流控芯片，就是

一种生物芯片。该芯片的主要工作原理就是把用模板DNA、Taq酶、引物以及缓冲液

均匀混合的混合物加入到在芯片状的固体支持物上面加工的微反应槽中，并让PCR

混合物重复通过芯片，由于芯片上三个恒温区是由三种不同的方法加热的，这样就

使得DNA的变性、退火和扩增过程能够得以实现【这其中的“微反应槽”就应用

了微通道的流动与换热特性的研究理论，也就是一种微通道。同时，在动植物体内，

像植物的导管、动物的血管等其结构都与这种微通道的结构相似。文献【中就利用

这个特点来模拟毛细血管网络，其“网络”实际上就是一种材料与结构均比较特殊

的微通道阵列，通过MEMS技术加工而成的。基于硅基微通道阵列，红细胞流变学测

量芯片系统研究才能够得以实现。该系统结合了医疗、生化等相关学科的优势，促

进了其领域内各科学研究的广泛应用。

发展迅速的微电子机械系统，促使机械装置开始向微型化和轻量化发展。在特

殊环境下，微型制冷装置在个人制冷上的应用也更加广泛，这主要是因为在系统换

热能力相同的情况下，与常规制冷装置相比，微型制冷装置的体积可以减d,N 1／60

以下，占用面积更少，携带方便。例如可以在服装的表面利用微通道散热器和微型

压缩机或者是微泵制成一个微型制冷系统，这样方便户外的行人和*等缓解炎热

天气【相比常规制冷系统，微型制冷系统在很多方面具有其优势，如制冷剂的流

量、系统流阻等要小的多，在驱动方面甚至光用电池就能使得整个循环系统正常运

行，这样不仅制冷而且比较节能。随着世界能源日趋紧张，能源危机问题越来越严

重，越来越多的人开始对微型制冷系统感兴趣并给予高度重视。

尺度较小，面积体积比大，换热效果更好，这是微通道换热器的几大特点正由于此，

在一些特殊场合或领域，比如燃料电池动力潜艇的试航、微型核反应堆的试运行、微化学

仪器以及微透平机械的应用等，其中采用的换热设备对尺寸和重量有所要求，所以均采用微通道换热器。由于微换热器这些特点是许多常规尺寸换热设备所不具备的，具有*的优越性，为此推动了微换热器的研究发展以及广泛应用。

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