具有大量颗粒的装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种设备(10)，包括：衬底(12)，具有凹部(14)；以及多个颗粒，布置在所述凹部(14)中。所述颗粒的第一部分(16)通过涂覆连接，以形成多孔结构(22)，并且所述颗粒的第二部分(18)没有通过所述涂覆连接。所述颗粒的第一部分(16)布置为比所述颗粒的第二部分(18)更靠近所述凹部(14)的开口(19)，使得阻止通过开口(19)将所述颗粒的第二部分(18)从所述凹部(14)释放出。

A device with a large number of particles and its manufacturing method

The invention relates to a device (10), comprising: a substrate (12), a concave part (14), and a plurality of particles arranged in the concave part (14). The first part (16) of the particle is coated to form a porous structure (22), and the second part (18) of the particle is not passed through the coating connection. The first part (16) of the particle is arranged closer to the second part (18) of the particle (18) closer to the opening (19) of the concave part (14), so that the second part (18) of the particle is released from the concave part (14) through the opening (19).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有大量颗粒的装置及其制造方法
本专利技术涉及具有大量颗粒的装置及其制造方法。本专利技术进一步涉及具有用于化学或物理过程的大的内表面的小型化反应器。
技术介绍
微反应器，即用于在小型化系统中进行化学反应或物理过程的微升范围内的容积，对于许多应用而言显著的令人感兴趣。这些包括用于合成或检测化合物，用于过滤或混合气体或液体，用于从气体或液体中选择性吸附物质的流通单元，还包括例如用于发电的燃料电池或具有可选择性活化的反应性物质的容器。在许多情况下，有必要在具有限定尺寸和默认入口开口和出口开口的小型化中空空间中提供尽可能大的内表面。制造多孔陶瓷或金属本身是工业上建立的。在这方面已知许多方法，范围从烧结粉末到陶瓷聚合物泡沫的热解。所有的方法都有一个共同点，就是它们要求温度大大高于400℃。另外，产生多孔材料的坯料，其通过进一步的加工步骤首先必须被制成特定应用所需的形状，然后必须被集成到所需的中空空间中。两者都不与小型化系统兼容。MEMS(微机电系统)应用的大表面可以通过利用干法蚀刻或其阳极氧化来构造硅来创建。图10示出了具有多个柱1002的阵列1000，例如可以用作色谱分离柱。阵列1000由硅组成，并且借助一直到深度30μm的DRIE(深反应离子蚀刻，用于借助反应离子蚀刻在硅中创建深的几何结构的方法)方法制造。由于横截面积为3×3μm2的柱之间的距离仅为2μm，因此与相同深度的光滑通道相比，实现了12倍面积，例如，如[1]中所述。例如，阵列1000被用作液相色谱的分离柱。HF基溶液(HF＝氟(F)-氢(H))中硅的电化学蚀刻(阳极氧化)可以获得更大的表面。在[2]中，以这种方式制造具有垂直孔隙和30μm深度的硅层，并从衬底上分离。随后，通过粘附将膜集成到由塑料制成的微流体系统中。类似地，多孔氧化铝层(氧化铝＝铝氧化物)可以通过铝的阳极氧化产生。文献[3]描述了一种催化剂，其由厚度为5μm的氧化铝层组成，该氧化铝层涂覆有铂，并位于直径为0.6mm的铝管中。在[3]中研究的丁烷的催化燃烧过程受到表面反应速度的限制。图11示出了由硅和玻璃制成的可比较的MEMS结构，其基于蚀刻的通道，所述通道衬有厚度为2μm的多孔氧化铝层。由于技术上的原因，MEMS结构的性能比Al管要差一些，因为在小型化的通道中不可能应用大于2μm的铝作为催化剂的起始材料。对于惯性传感器、谐振器和IR传感器(IR＝红外)，常常需要在封闭的MEMS空腔中保持真空。为此目的，使用吸气剂层，其通过气相沉积或溅射被引入到盖衬底中的相应的凹陷中。随后，通过接合将盖衬底结合到传感器衬底，即，各个MEMS空腔被密闭。例如，在[4]中描述了基于多晶硅的惯性传感器的对应制造工艺，并在图12中示出。图12示出了具有在MEMS空腔内部的吸气剂层2008的惯性传感器2000的示意性横截面。惯性传感器2000包括具有自立式可移动结构2002的传感器晶片和具有吸气剂层2008的盖晶片2006。可移动结构2002相对于电极2004的移动可被感测。吸气剂层2008被应用于盖衬底2006。传感器的容积通过接合连接2010密封。由于吸气剂层2008只有几μm厚，所以吸气剂层占据了MEMS空腔在盖侧上的大部分。恰好在晶片接合之前施加吸气剂层，以阻止吸气剂的退化。为了激活吸气剂，在接合之后，晶片堆叠在大于200℃的温度下沉积。在回火期间，真空发生在密闭的MEMS空腔中。冷吸气剂的吸附能力相当低。小型化气相色谱仪可能是显著令人感兴趣的，例如，用于监测建筑物中的室内空气。然而，这种系统的性能相当大地受到分离柱长度短的限制。出于这个原因，所谓的预浓缩器被放置在柱的前面，例如如[5]中所述并且如图13a-c所示。图13a显示了小型化气相色谱仪的示意性电路框图。图13b示出了用于说明气态物质3002的吸附的示意性横截面。图13c示出了先前吸附的气态物质3002的释放的功能原理的示意性横截面。气相色谱仪3000包括填充有一个或多个吸附剂3006的容积，所述吸附剂3006被待检查的气体混合物(气态物质3002)环绕一定时间，以富集待检测物质。由于通过加热元件3004进行加热，所述吸附剂随后以突然的方式释放并引入到分离柱中。将粉状吸附剂引入非常小的容积是困难的。一方面，容积必须以均匀方式被填充；另一方面，必须阻止通过入口或出口漏出。在[5]中，较大的吸附剂颗粒因此被引入到预浓缩器的仍然敞开的空腔中。在[6]中，代替使用大的吸附剂颗粒，通过喷墨印刷将吸附剂层引入到预浓缩器结构中。因此期望具有能够实现高处理速度和/或高效操作的反应器的构思。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供能够在可再现的连续操作中实现高的物理和化学反应的处理速度和/或反应的高效序列的构思。该目的通过独立权利求的主题来解决。本专利技术的一个发现是已经认识到，上述目的可以通过将大量颗粒布置在凹部中来解决，所述大量颗粒包括大的总表面，使得化学或物理反应可以以高速度发生在颗粒表面。将部分颗粒结合为多孔结构能够阻止剩余颗粒的泄漏，使得反应器的操作可重复地和连续地得到确保。本专利技术的进一步发现是已经认识到，通过涂覆将加热元件布置为邻近结合为多孔结构的大量颗粒使得能够进行高效加热(该加热仅在很小程度上影响装置的其它区域)，以用于触发或加速化学或物理过程，以使化学或物理过程可以以高处理速度发生。根据一个实施例，一种装置包括衬底，该衬底包括凹部和布置在凹部中的大量颗粒。所述颗粒的第一部分通过涂覆结合为多孔结构。所述颗粒地第二部分没有通过涂覆结合。所述颗粒的第一部分比所述颗粒的第二部分布置得更靠近凹部的开口，从而阻止所述颗粒的第二部分通过开口从凹部泄漏。这使得颗粒的未涂覆部分的反应特性仅在很小程度上受到涂覆的影响，或根本不受涂覆的影响。同时，通过颗粒的布置可以获得大的表面并因此获得高的处理速度。要与大量颗粒反应的介质或者在大量颗粒(催化剂)帮助下的介质可以通过该多孔结构到达未涂覆的颗粒。根据另一实施例，颗粒的第一部分包括布置在第一部分的颗粒之间的大量中空空间，所述颗粒的第一部分至少部分地彼此结合，多孔结构不可移动地结合到衬底。该实施例的优点在于，介质可以通过中空空间环绕颗粒的第一部分，并因此环绕多孔结构，以便到达未涂覆的颗粒。根据另一个实施例，凹部的开口与装置的空腔邻接。这样做的优点在于，颗粒的第二部分可以由颗粒的第一部分保持在适当位置。关于装置的空腔，例如内部容积，可以阻止颗粒的第二部分脱落或流出。根据另一个实施例，大量颗粒包括浓缩器材料，该浓缩器材料被配置为将来自凹部的周围区域的至少一种物质粘结。这样做的优点在于：可以将大量颗粒用作预浓缩器，其中大量的颗粒或其大表面使得能够从周围区域粘结大量的物质。因此，通过预浓缩器粘结的物质可以快速浓缩和/或以高浓度浓缩。根据另一个实施例，所述装置包括衬底和通过涂覆结合为多孔结构的大量颗粒，所述多孔结构不可移动地结合到所述衬底。此外，该装置包括配置为加热大量颗粒的加热元件。其优点在于，基于加热元件的加热，可以触发或至少支持或加速化学或物理过程，从而进一步提高处理速度。根据另一个实施例，一种装置包括通过大量颗粒与衬底间隔开的加热体，加热元件布置在所述加热体处并且配置为加热加热体，使得加热体加热大量颗粒。本实施例的优点在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：衬底(12)，包括凹部(14；14a，14b)；以及大量颗粒(34)，布置在所述凹部(14；14a，14b)中；其中所述颗粒(34)的第一部分(16)通过涂覆结合为多孔结构(22；22a，22b)，并且其中，所述颗粒(34)的第二部分(18)没有通过所述涂覆结合；以及其中所述颗粒(34)的所述第一部分(16)布置为比所述颗粒(34)的所述第二部分(18)更靠近所述凹部(14；14a，14b)的开口，使得阻止所述颗粒(34)的所述第二部分(18)通过开口从所述凹部(14；14a，14b)泄漏。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.09 DE 102015206377.11.一种装置，包括：衬底(12)，包括凹部(14；14a，14b)；以及大量颗粒(34)，布置在所述凹部(14；14a，14b)中；其中所述颗粒(34)的第一部分(16)通过涂覆结合为多孔结构(22；22a，22b)，并且其中，所述颗粒(34)的第二部分(18)没有通过所述涂覆结合；以及其中所述颗粒(34)的所述第一部分(16)布置为比所述颗粒(34)的所述第二部分(18)更靠近所述凹部(14；14a，14b)的开口，使得阻止所述颗粒(34)的所述第二部分(18)通过开口从所述凹部(14；14a，14b)泄漏。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述颗粒(34)的所述第一部分包括布置在所述颗粒(34)的所述第一部分的颗粒(34)之间的多个中空空间，所述中空空间至少部分地彼此结合，并且所述多孔结构(22；22a，22b)不可移动地结合到衬底(12)。3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第二部分(18)包括多个颗粒(34)，所述多个颗粒是所述第一部分(16)的颗粒(34)的数量的至少1.1倍。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述颗粒(34)的所述涂覆的第一部分(16)形成多孔膜，并且其中所述颗粒(34)的所述第二部分(18)与布置在凹部(14；14a，14b)的外部周围区域中的介质的交互作用通过所述多孔膜来实现，并且实质上通过其他区域被阻止。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述衬底(12)包括另外的凹部(14b)，在所述另外的凹部中布置大量另外的颗粒(34)；其中所述另外的颗粒(34)的第一部分(16)通过对所述另外的颗粒(34)的所述第一部分布置的另外的涂覆结合为另外的多孔结构(22b)，并且其中所述另外的颗粒(34)的第二部分(16)不通过所述另外的涂覆结合；以及其中所述另外的颗粒(34)的所述第一部分(16)布置在所述另外的颗粒(34)的所述第二部分(18)与所述另外的凹部(14b)的周围区域之间，并且被配置为实质上阻止所述另外的颗粒(34)的所述第二部分(18)朝向所述另外的凹部(14b)的周围区域移动。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述凹部(14；14a，14b)的开口与所述装置的空腔(58)邻接。7.根据权利要求6所述的装置，其中所述空腔由所述衬底(12)和布置在所述衬底(12)处的另一衬底(12b)形成。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括：加热元件(28；32；32a-f)，相对于所述大量颗粒(34)布置并且被配置为加热所述大量颗粒(34)。9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述颗粒(34)的所述第一部分被导热层(38)覆盖，其中所述加热元件(28；32；32a-f)通过导热层(38)结合到第一部分(16)，其中所述加热元件(28；32；32a-f)被配置为加热导热层(38)，所述导热层被配置为加热颗粒(34)的第一部分(16)，并且其中所述颗粒(34)的温度升高大于所述衬底(12)的温度升高。10.根据权利要求8或9所述的装置，其中所述大量颗粒(34)包括浓缩器材料，所述浓缩器材料被配置为从所述凹部(14；14a，14b)的周围区域粘结至少一种物质。11.根据权利要求10所述的装置，包括加热元件(28；32；32a-f)，所述加热元件被配置为加热所述颗粒(34)，所述颗粒(34)被配置为基于所述加热释放从所述周围区域粘结的所述物质。12.一种装置，包括：衬底(12)；大量颗粒(34)，通过涂覆结合为多孔结构(22；22a，22b)，所述多孔结构(22；22a，22b)不可移动地结合到所述衬底(12)；以及加热元件(28；32；32a-f)，被配置为加热所述大量颗粒(34)。13.根据权利要求12所述的装置，包括通过所述大量颗粒(34)与衬底(12)间隔开的加热体(36)，其中加热元件(28；32；32a-f)布置在加热体(36)处，并且被配置为加热所述加热体(36)，使得加热体(36)加热所述大量颗粒(34)。14.根据权利要求12所述的装置，其中所述多孔结构(22；22a，22b)至少部分地被导热层(38)覆盖，其中所述加热元件(28；32；32a-f)布置在所述导热层(38)处，并且被配置为通过加热所述导热层(38)来加热所述大量颗粒(34)。15.根据权利要求12至14中任一项所述的装置，其中，所述颗粒(34)的第一部分(16)通过涂覆结合为多...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·里塞奇，斯蒂芬·克姆尼兹，伯恩哈德·瓦格纳，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国,DE