JP2003510552A - Fractal absorber for heat pipes with a wide range of thermal radiation absorption capacity - Google Patents

Fractal absorber for heat pipes with a wide range of thermal radiation absorption capacity

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JP2003510552A JP2001527164A JP2001527164A JP2003510552A JP 2003510552 A JP2003510552 A JP 2003510552A JP 2001527164 A JP2001527164 A JP 2001527164A JP 2001527164 A JP2001527164 A JP 2001527164A JP 2003510552 A JP2003510552 A JP 2003510552A
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particle
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Abstract

(57)【要約】 ナノ粒子(160)を有するヒートパイプ(105)。 (57) Abstract: A heat pipe (105) having nanoparticles (160).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【関連出願】[Related application]

本願は、米国仮特許出願第60/156,195号(発明の名称:Nanopartic
le Structures With Receptors for Raman Spectroscopy ;発明者:David I. K
reimer, Ph.D., Oleg A. Yevin, Ph.D., Thomas H. Nufert ;出願日:1999
年9月27日)、米国仮特許出願第60/156,145号(発明の名称:Addr
essable Arrays Using Morphology Dependent Resonance for Analyte Detectio
n ;発明者:Oleg A. Yevin, Ph.D., David I. Kreimer, Ph.D. ;出願日:19
99年9月27日)及び米国仮特許出願第60/156,471号(発明の名称
:Fractal Absorber for Hear Pipes with Broad Range Heat Radiation Absorp
tivity;発明者:Oleg Yevin, Thomas H. Nufert and David I. Kreimer )の複
合優先権主張出願である。これら米国仮特許出願の各々の開示内容を本明細書の
一部を形成するものとしてここに引用する。
This application is related to US provisional patent application No. 60 / 156,195 (title of invention: Nanopartic).
le Structures With Receptors for Raman Spectroscopy; Inventor: David I. K
reimer, Ph.D., Oleg A. Yevin, Ph.D., Thomas H. Nufert; Filing date: 1999
September 27), US Provisional Patent Application No. 60 / 156,145 (Title of Invention: Addr
essable Arrays Using Morphology Dependent Resonance for Analyte Detectio
n; Inventor: Oleg A. Yevin, Ph.D., David I. Kreimer, Ph.D .; Filing date: 19
September 27, 1999) and US Provisional Patent Application No. 60 / 156,471 (Title of Invention: Fractal Absorber for Hear Pipes with Broad Range Heat Radiation Absorp
tivity; Inventor: Oleg Yevin, Thomas H. Nufert and David I. Kreimer). The disclosure of each of these US provisional patent applications is hereby incorporated by reference.

【0002】[0002]

【発明の背景】BACKGROUND OF THE INVENTION

〔発明の分野〕 本発明は、熱放射線吸収能を向上させたヒートパイプの製造に関する。詳細に
は、本発明は、放射による熱伝達を介して熱の吸収及び放射に係る表面を備えた
ヒートパイプの製造に関する。より詳細には、本発明は、広帯域(ブロードバン
ド)電磁放射線を吸収するためのナノレベルの粒子(nanoparticle:以下、「ナ
ノ粒子」という)構造で被覆された表面を備えるヒートパイプの製造に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the manufacture of heat pipes with improved heat radiation absorption. In particular, the invention relates to the manufacture of heat pipes with surfaces for absorbing and radiating heat via radiative heat transfer. More particularly, the present invention relates to the manufacture of heat pipes having a surface coated with a nano-level particle (hereinafter "nanoparticle") structure for absorbing broadband electromagnetic radiation.

【0003】 〔関連技術の説明〕 多くの有用な機械的及び電気的プロセスの結果として、熱の形態のエネルギの
散逸又は放散が行われている。この熱は望ましくない場合が多い。というのは、
これにより、システムの温度が上昇するからである。システムの昇温を阻止する
ため、熱を一箇所から別の箇所へ伝達するヒートパイプが利用されている。 加うるに、エネルギ源として太陽放射を用いる場合、太陽放射吸収要素の昇温
は、エネルギ変換における第1の段階である。次の段階では、ヒートパイプは、
太陽放射吸収要素からこれらシステム内の他の要素に迅速に熱を伝達するために
用いられる場合が多い。
DESCRIPTION OF RELATED ART Many useful mechanical and electrical processes result in the dissipation or dissipation of energy in the form of heat. This heat is often undesirable. I mean,
This is because the temperature of the system rises. Heat pipes are used to transfer heat from one location to another to prevent the system from warming up. In addition, when using solar radiation as the energy source, raising the temperature of the solar radiation absorbing element is the first step in the energy conversion. In the next stage, the heat pipe
Often used to rapidly transfer heat from solar radiation absorbing elements to other elements in these systems.

【0004】 一般に、ヒートパイプは、熱を同一直径の中実(ムク)の銅製ロッドよりも迅
速に熱を伝達する。ヒートパイプは少ない損失で熱を伝達し、例えば圧縮機のよ
うな追加のエネルギ源の入力を必要としない。このようにエネルギ入力を必要と
しないで熱を伝達できることがヒートパイプの広い技術的用途を支えている。 I.ヒートパイプ
In general, heat pipes transfer heat more quickly than solid copper rods of the same diameter. Heat pipes transfer heat with low losses and do not require the input of an additional energy source, such as a compressor. This ability to transfer heat without the need for energy input supports a wide range of technical applications for heat pipes. I. heat pipe

【0005】 図1は、代表的なヒートパイプ100の動作原理を示しており、このヒートパ
イプは、両端が密封された中空金属管105であり、ウィック又は毛細管構造部
材135が、管の内面を覆っている。管は、揮発性流体140で満たされている
。パイプ110の一端がQinで示すように昇温すると、揮発性流体140は管の
この端部で蒸発する。蒸気は膨張し、管の他方の低温側端部120に移動する(
曲がった矢印で示す)、ここで揮発性流体の凝縮が起こり、放熱(Qout )が
生じる。凝縮液は、毛管作用によりウィック経路135を経てパイプの高温側端
部に戻る。このように、熱エネルギが周囲環境から吸収される高温側端部のとこ
ろでの蒸発と熱を周囲環境に放出する低温側端部のところでの凝縮のサイクルは
、ヒートパイプにおける熱伝達の基礎をなす。
FIG. 1 illustrates the principle of operation of a typical heat pipe 100, which is a hollow metal tube 105 sealed at both ends, with a wick or capillary structural member 135 covering the inner surface of the tube. Covering. The tube is filled with a volatile fluid 140. When one end of the pipe 110 heats up as indicated by Q in , the volatile fluid 140 evaporates at this end of the pipe. The vapor expands and moves to the other cold end 120 of the tube (
(Shown by the curved arrow), where condensation of the volatile fluid occurs and heat dissipation (Q out ) occurs. The condensate returns by capillary action to the hot end of the pipe via wick path 135. Thus, the cycle of evaporation at the hot end where heat energy is absorbed from the ambient environment and condensation at the cold end releasing heat to the ambient environment forms the basis of heat transfer in the heat pipe. .

【0006】 代表的には、外側の管は、熱伝導率が高い材料、例えば銅で作られている。こ
れら材料は、接触及び対流による熱伝達条件下で、熱の吸収及び(又は)放散を
行う。しかしながら、放射による熱伝達機構が関与する場合、熱伝達率が高いだ
けでは、所望程度の高い熱伝達効率を得るには不十分なので別の要因を利用して
この方法の効率を向上させるのがよい。これら要件としては、(1)パイプの外
面が広い波長範囲の電磁放射線を吸収すると共に(或いは)放出することが必要
であり、(2)管材料のバルクと外面との間の熱伝達が効率的であることが必要
である。表面の吸熱及び(又は)放熱特性を操作する1つの方法は、ミクロンサ
イズの幾何学的な穴を備えた表面構造にし、パイプを望ましい発光スペクトルを
備えた材料、例えばタングステンで被覆することによって行われる(これについ
ては、ストーン(Stone )氏等の米国特許第5,932,029号を参照された
い。なお、かかる米国特許の内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに
引用する)。
[0006] Typically, the outer tube is made of a material having a high thermal conductivity, such as copper. These materials absorb and / or dissipate heat under contact and convection heat transfer conditions. However, when a radiation-based heat transfer mechanism is involved, high heat transfer rates alone are not sufficient to achieve the desired high heat transfer efficiency, so other factors can be used to improve the efficiency of this method. Good. These requirements require (1) the outer surface of the pipe to absorb and / or emit electromagnetic radiation in a wide wavelength range, and (2) the efficiency of heat transfer between the bulk of the tube material and the outer surface. Need to be relevant. One method of manipulating the heat absorption and / or heat dissipation properties of a surface is by making the surface structure with micron-sized geometric holes and coating the pipe with a material with the desired emission spectrum, such as tungsten. (See US Pat. No. 5,932,029 to Stone, et al., The contents of which are incorporated herein by reference. ).

【0007】 〔発明の概要〕 かくして、本発明の一目的は、外面を被覆するナノ粒子構造により広いスペク
トルレンジの電磁放射線を吸収したり放出する優れた性能を持つヒートパイプを
開発することにある。 本発明の別の目的は、広いレンジにわたる吸熱及び(又は)放熱特性を備えた
ナノ粒子構造を製造することにある。 本発明のさらに別の目的は、特定のレンジの吸熱及び(又は)放熱特性を備え
たナノ粒子構造を製造することにある。 本発明の別の目的は、表面へのナノ粒子構造の取付けのための方法を開発する
ことにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is thus an object of the present invention to develop a heat pipe with excellent performance of absorbing and emitting electromagnetic radiation in a wide spectral range due to the nanoparticle structure coating the outer surface. . Another object of the invention is to produce nanoparticle structures with a wide range of endothermic and / or heat dissipation properties. Yet another object of the present invention is to produce a nanoparticle structure with a specific range of heat absorption and / or heat dissipation properties. Another object of the invention is to develop a method for the attachment of nanoparticle structures to surfaces.

【0008】 これらの目的及び他の目的は、効果的な電磁放射線の吸収及び(又は)放出を
可能にする粒子構造で被覆されたヒートパイプの設計及び製造によって達成され
る。本明細書においては、これらヒートパイプを「放射型ヒートパイプ」という
。本発明の或る特定の実施形態では、表面は、光変性(photomodification )に
よるフラクタル構造の特性の操作によって、サイズ及びナノ粒子相互間の距離を
変えることによって、粒子の形状、粒子の材質及び(又は)熱伝導層の材質及び
(又は)ヒートパイプの管の材質を変えることによって所望のスペクトルレンジ
の光の吸収及び(又は)放出を行うことができる表面が形成される。
These and other objectives are met by the design and manufacture of heat pipes coated with a particulate structure that allows effective absorption and / or emission of electromagnetic radiation. In this specification, these heat pipes are referred to as "radiative heat pipes". In certain embodiments of the invention, the surface is modified by changing the size and the distance between nanoparticles by manipulating the properties of the fractal structure by photomodification, the shape of the particles, the material of the particles and ( Alternatively, a material capable of absorbing and / or emitting light in a desired spectral range is formed by changing the material of the heat conducting layer and / or the material of the heat pipe tube.

【0009】 他の実施形態では、特定の空間的相互関係を持つ粒子を形成するよう一続きの
化学反応を行うのがよく、これらは、粒子構造を生じさせるのに用いられる。一
組の化学反応では、金属粒子を分子リンカーと反応させるのがよい。これらの反
応は、反応体の親和力が十分に高い場合及び反応体の比率が制御される場合、ほ
ぼ完了状態まで進むことができる。これら反応の生成物としては、リンカーの長
さによって予め定められる特徴的なサイズの粒子構造の種々のサスペンションが
挙げられる。
In another embodiment, a series of chemical reactions may be performed to form particles with specific spatial interrelationships, which are used to generate the particle structure. In one set of chemical reactions, the metal particles may be reacted with a molecular linker. These reactions can go to near completion when the affinity of the reactants is high enough and the ratio of the reactants is controlled. The products of these reactions include various suspensions of a characteristic sized particle structure predetermined by the length of the linker.

【0010】 本発明の別の特徴は、粒子構造の特徴的サイズを維持する種々の長さの隆起状
態のリンカーを用いることにある。標準長さのリンカーにより、粒子構造の生成
及び粒子構造の特性の操作についての制御が或る程度可能になる。第1の結合反
応では、比較的短い固定長さのリンカー分子を用いることにより、金属粒子を互
いに一定距離離して位置決めすることができる。次に行われる反応において、リ
ンカーの長さを増大させて粒子の対相互間の長さを長くするのがよい。本明細書
において記載する一組の生成物を用いることにより、例えば広帯域の吸収及び(
又は)放出、或いは所望ならば狭帯域の吸収及び(又は)放出を有するヒートパ
イプの製造に当たり、粒子構造を制御された仕方で得ることができる。 本発明をその特定の実施形態と関連して説明する。本発明の他の目的、特徴及
び利点は、明細書及び図面を参照すると明らかになろう。
Another feature of the invention is the use of raised linkers of various lengths that maintain the characteristic size of the particle structure. Standard length linkers allow some control over particle structure generation and manipulation of particle structure properties. In the first binding reaction, the metal particles can be positioned at a certain distance from each other by using a relatively short fixed length linker molecule. In the subsequent reaction, the length of the linker may be increased to increase the length between the pair of particles. By using the set of products described herein, for example, broadband absorption and (
Alternatively, or in the case of the production of heat pipes with emission or, if desired, narrow band absorption and / or emission, the particle structure can be obtained in a controlled manner. The present invention will be described in connection with that particular embodiment. Other objects, features and advantages of the present invention will be apparent with reference to the specification and drawings.

【0011】 〔実施形態の詳細な説明〕 定義 以下の用語を本明細書において用いる。 本明細書で用いる「フラクタル」という用語は、種々の要素で構成され、観察
尺度と多数の要素との間に或る関係(即ち、尺度不変性)を有する構造を意味し
ている。例示として挙げると、連続した線は、1次元の物体である。平面は、2
次元の物体であり、体積は、3次元の物体である。しかしながら、線にギャップ
があり、連続した線でなければ、次元は1未満である。例えば、線の1/2が欠
けていれば、フラクタル次元は、1/2である。同様に、平面上の点が欠けてい
れば、平面のフラクタル次元は、1〜2である。平面上の点の1/2が欠けてい
れば、フラクタル次元は1.5である。さらに、実線の箇所の1/2が欠けてい
れば、フラクタル次元は、2.5である。尺度不変性構造では、物体の構造は、
観察される面積のサイズとは無関係に同じように見える。かくして、フラクタル
構造は、規則的に配列されていないランダム構造から区別される規則化された構
造のタイプである。
Detailed Description of Embodiments Definitions The following terms are used herein. The term "fractal" as used herein means a structure composed of various elements and having a certain relationship (ie, scale invariance) between the observation scale and a large number of elements. By way of example, a continuous line is a one-dimensional object. Plane is 2
It is a three-dimensional object, and the volume is a three-dimensional object. However, the dimension is less than 1 if there are gaps in the line and it is not a continuous line. For example, if 1/2 of the line is missing, then the fractal dimension is 1/2. Similarly, if the points on the plane are missing, the fractal dimension of the plane is 1-2. If half of the points on the plane are missing, the fractal dimension is 1.5. Furthermore, if 1/2 of the solid line is missing, the fractal dimension is 2.5. In scale-invariant structure, the structure of the object is
It looks the same regardless of the size of the area observed. Fractal structures are thus a type of ordered structure that distinguishes it from random structures that are not regularly arranged.

【0012】 本明細書で用いる「フラクタルアソシエート」という用語は、少なくとも約1
00個の個々の互いに関連付けられた粒子から成り、フラクタルアソシエートか
ら成る個々の粒子の寸法によって下限が定められ、フラクタルアソシエートの寸
法によって上限が定められる観察面積内での尺度不変性を決める限られたサイズ
の構造を意味している。 本明細書で用いる「フラクタル次元」という用語は、以下の式、即ち、N∝R D の指数Dを意味し、この式において、Rは、観察面積、Nは粒子の個数、Dは
フラクタル次元である。かくして、非フラクタル固体では、観察半径が2倍にな
ると、体積内で観察される粒子の個数は、23倍になる。しかしながら、これに
対応したフラクタルでは、観察半径が2倍になれば、観察される粒子の個数は、
1/23倍以下になる。
[0012]   As used herein, the term "fractal associate" has at least about 1
Fractal Associate, consisting of 00 individual, interrelated particles
The lower limit is set by the size of each individual particle, which is the size of the fractal associate.
Limited size that determines scale invariance within the observed area, which is capped by the law
Means the structure of.   As used herein, the term "fractal dimension" refers to the following equation: N∝R D In this formula, R is the observation area, N is the number of particles, and D is
It is a fractal dimension. Thus, with a non-fractal solid, the viewing radius is doubled.
Then, the number of particles observed in the volume is 23Double. However, to this
In the corresponding fractal, if the observation radius is doubled, the number of observed particles is
1/23Less than double.

【0013】 本明細書に用いる「フラクタル粒子アソシエート」という用語は、単位面積当
たりの粒子個数(従属変数)又は単位面積当たりの粒子の個数が観察尺度(独立
変数)によって非線形的に変化するように配列された多数の粒子を意味している
。 本明細書で用いる「リンカー」という用語は、原子、分子、成分又は表面に結
合可能であり、粒子の群を形成するよう粒子の相互結合を可能にする2以上の化
学基を備えた分子錯体を意味している。最も簡単なリンカーは、2つの粒子を互
いに連結する。枝分れリンカーは、多数の粒子を互いに結合できる。 本明細書で用いる「規則化構造」という用語は、ランダムではない構造を意味
している。
As used herein, the term “fractal particle associate” refers to the number of particles per unit area (dependent variable) or the number of particles per unit area varying non-linearly with an observational scale (independent variable). It means a large number of arranged particles. The term "linker", as used herein, is a molecular complex that is capable of binding to atoms, molecules, components or surfaces and that has two or more chemical groups that allow the particles to be linked together to form groups of particles. Means The simplest linker connects two particles to each other. A branched linker can connect multiple particles to each other. The term “ordered structure” as used herein means a structure that is not random.

【0014】 本明細書で用いる「粒子構造」という用語は、入射電磁放射線に応答して電界
を強くすることができるような仕方で互いに関連付けられた個々の粒子の群を意
味している。粒子の例としては、金属、金属被覆ポリマー及びフラーレンが挙げ
られる。また、「粒子構造」という用語の意味には、フィルム又は誘電体表面上
又は誘電体内に埋め込まれた粒子を有する複合材が含まれる。 本明細書で用いる「パーコレーション時点」という用語は、導電性の表面又は
媒体上において、表面が媒体の表面又はバルクのコンダクタンスを介して測定し
たコンダクタンスの増大を示す時点を意味している。表面又は「シート」コンダ
クタンスを測定する1つの方法は、電気プローブを表面に当てる手法である。
As used herein, the term “particle structure” means a group of individual particles that are associated with each other in such a way that an electric field can be strengthened in response to incident electromagnetic radiation. Examples of particles include metals, metal-coated polymers and fullerenes. Also included within the meaning of the term "particle structure" is a composite having particles embedded on or within a film or dielectric surface. As used herein, the term "percolation time point" refers to a time point on a conductive surface or medium at which the surface exhibits an increase in conductance measured via the surface or bulk conductance of the medium. One way to measure surface or "sheet" conductance is to apply an electrical probe to the surface.

【0015】 本明細書で用いる「ラマン信号」という用語は、ラマンスペクトル又はラマン
スペクトルの一部を意味している。 本明細書で用いる「ラマンスペクトル特異値」という用語は、検出条件下で検
体について得られたラマンスペクトルの分析の結果として得られる値を意味して
いる。ラマンスペクトル特異値としては、ラマンバンド周波数、ラマンバンド強
度、ラマンバンド幅、バンド幅の比、バンド強度の比及び(又は)これらの組合
せが挙げられるが、これらには限定されない。
As used herein, the term “Raman signal” means a Raman spectrum or part of a Raman spectrum. The term "Raman spectrum singular value" as used herein means the value obtained as a result of the analysis of the Raman spectrum obtained for the analyte under the detection conditions. Raman spectrum singular values include, but are not limited to, Raman band frequencies, Raman band intensities, Raman band widths, bandwidth ratios, band intensity ratios and / or combinations thereof.

【0016】 本明細書で用いる「ラマン分光法」という用語は、散乱電磁放射線の強度との
関係をその散乱電磁放射線の周波数の関数として求める手法を意味している。 本明細書で用いる「ラマンスペクトル」という用語は、散乱電磁放射線の周波
数の関数としての散乱電磁放射線の強度との関係を意味している。 本明細書で用いる「ランダム構造」という用語は、規則的に又は順序立って配
列されておらずフラクタルでもない構造を意味している。ランダム構造は、観察
点及び尺度とは無関係に一様に見え、この場合、観察尺度は、少なくとも数個の
粒子を含んでいる。
The term “Raman spectroscopy” as used herein refers to a technique for determining the relationship with the intensity of scattered electromagnetic radiation as a function of the frequency of the scattered electromagnetic radiation. As used herein, the term "Raman spectrum" means the relationship with the intensity of scattered electromagnetic radiation as a function of the frequency of the scattered electromagnetic radiation. As used herein, the term "random structure" means a structure that is neither ordered nor ordered and is not fractal. The random structure appears uniform regardless of the observation point and the scale, in which case the observation scale contains at least a few particles.

【0017】 本明細書で用いる「共鳴」という用語は、入射、散乱及び(又は)出射を行っ
た電磁放射線と、電磁放射線によって励起でき、電磁放射線の電界の強さを増大
させることができる電子を担持した表面との相互作用を意味している。 本明細書で用いる「共鳴ドメイン」という用語は、入射電磁放射線の電界の強
化が起こる粒子構造内又はこの近くの領域を意味している。 本明細書で用いる「換算直径」という用語は、粒子のサイズとは無関係に、同
一の粒子直径の比(換算係数)がある嵌合型構造内の粒子相互間の関係を意味し
ている。 本明細書で用いる「面強調ラマン分光法(SERS)」という用語は、ラマン
散乱の強度が強調面の存在下で強められるラマン分光法の応用分野を意味してい
る。
As used herein, the term “resonance” refers to incident, scattered and / or emitted electromagnetic radiation and electrons that can be excited by electromagnetic radiation and increase the strength of the electric field of the electromagnetic radiation. It means the interaction with the surface carrying. As used herein, the term "resonance domain" means the region within or near the grain structure where enhancement of the electric field of incident electromagnetic radiation occurs. The term "reduced diameter" as used herein refers to the relationship between particles within a mating structure that have the same ratio of particle diameters (reduction factor) regardless of the size of the particles. As used herein, the term "plane-enhanced Raman spectroscopy (SERS)" refers to a field of application of Raman spectroscopy in which the intensity of Raman scattering is enhanced in the presence of the enhanced surface.

【0018】 本明細書で用いる「面強調共鳴ラマン分光法(SERRS)」という用語は、
検体のラマン信号が強調面の存在下で強められ(SERSの定義参照)、検体の
吸収帯が入射電磁放射線の波長と重なり合う場合のラマン分光法の応用分野を意
味している。
As used herein, the term “plane enhanced resonance Raman spectroscopy (SERRS)” refers to
It refers to the field of application of Raman spectroscopy when the Raman signal of the analyte is enhanced in the presence of the enhancement surface (see definition of SERS) and the absorption band of the analyte overlaps the wavelength of the incident electromagnetic radiation.

【0019】 〔本発明の実施例〕 本発明は、熱パイプの吸収性および/または放射性の部分に粒子構造を使用す
ることを含む。ナノ粒子構造を熱パイプの外表面に塗布し、それによって、熱エ
ネルギを有効に吸収または放出することができる。熱パイプの外表面によって吸
収効率を高めることによって、熱エネルギはより容易に熱パイプの内部に伝わり
、したがって、熱パイプの内部にある揮発性流体の蒸発率を増大させることがで
きる。揮発性流体の蒸発が増大するということにより、蒸発流体の流量が増大し
、熱パイプの吸収性部分から熱パイプの放射性部分までの熱流を増大させること
ができる。放射性部分への熱流の増大は、パイプのその部分からの熱損失を高め
ることになる可能性がある。本発明の他の具体例においては、熱パイプの放射性
部分も粒子構造で被覆し、熱パイプの放射性部分からの熱損失も増大させ得る。 本発明の方法に従って使用すると望ましい構造は、小粒子構造(ここでは粒子
構造と呼ぶ)を含み、これらの粒子構造は、サブセットのフラクタル関連物を含
む。粒子構造は、電子の振動が入射、出射電磁放射と共振する状態になり得る物
理的、化学構造を有することを特徴とし得る。
Examples of the Invention The present invention involves the use of a particle structure in the absorptive and / or radiative portion of a heat pipe. The nanoparticle structure can be applied to the outer surface of the heat pipe, thereby effectively absorbing or releasing heat energy. By increasing the absorption efficiency by the outer surface of the heat pipe, the heat energy can be more easily transferred to the inside of the heat pipe, thus increasing the evaporation rate of the volatile fluid inside the heat pipe. The increased evaporation of the volatile fluid can increase the flow rate of the evaporated fluid and increase the heat flow from the absorbent portion of the heat pipe to the radiative portion of the heat pipe. Increasing the heat flow to the radiative section can increase the heat loss from that section of the pipe. In another embodiment of the present invention, the radiant portion of the heat pipe may also be coated with a particulate structure to increase heat loss from the radiant portion of the heat pipe. Structures desirable for use in accordance with the methods of the present invention include small particle structures (referred to herein as particle structures), and these particle structures include a subset of fractal associations. The grain structure may be characterized as having a physical or chemical structure that allows vibrations of electrons to be in resonance with the incoming and outgoing electromagnetic radiation.

【0020】 I.粒子構造の製造 本発明に従って使用すると望ましい粒子構造は、電磁信号を広い波長範囲にわ
たって吸収または放出することができるいかなる構造も含み得る。金属粒子構造
に関する以下の説明は、本発明の範囲を限定することは意図しておらず、単に説
明の目的のために過ぎない。フラクタル構造を含む他の構造も望ましい可能性が
ある。
I. Manufacture of Particle Structures Particle structures desired for use in accordance with the present invention may include any structure capable of absorbing or emitting electromagnetic signals over a wide wavelength range. The following description of the metal particle structure is not intended to limit the scope of the invention, but is for illustration purposes only. Other structures, including fractal structures, may also be desirable.

【0021】 A.金属粒子の製造 本発明のいくつかの具体例に従って金属粒子を作るために、本出願人等は、一
般的に、この技術分野で知られている方法を使用し得る。Tarcha等の米国特許第
5,567,628号を参考資料としてここに援用する。金属コロイドは、貴金
属、具体的には、所望スペクトル範囲において広帯域吸収、放出を行うものとし
て知られている元素状態の金または銀、銅、プラチナ、パラジウムその他の金属
からなり得る。一般的には、金属コロイドを作るためには、金属塩を含む希薄溶
液を還元剤と化学反応させる。還元剤としては、アスコルビン酸塩、クエン酸塩
、ホウ化水素、水素ガスなどがある。金属塩の化学還元により、溶液中に元素金
属を生じさせることができ、この金属が化合して、比較的球の形をした金属粒子
を含むコロイド溶液を形成する。
A. Manufacture of Metal Particles To make metal particles according to some embodiments of the present invention, Applicants may generally use methods known in the art. US Pat. No. 5,567,628 to Tarcha et al. Is hereby incorporated by reference. The metal colloid may consist of a noble metal, in particular elemental gold or silver, copper, platinum, palladium and other metals known to be broadband absorbing and emitting in the desired spectral range. Generally, to make a metal colloid, a dilute solution containing a metal salt is chemically reacted with a reducing agent. Examples of the reducing agent include ascorbate, citrate, borohydride, hydrogen gas and the like. Chemical reduction of metal salts can produce elemental metals in solution, which combine to form a colloidal solution containing relatively spherical metal particles.

【0022】 実施例1:金コロイド、フラクタル構造の製造 本発明の一具体例において、金核の溶液を作るのに、勢い良く撹拌しながら水
中にNaAuCl4の0.01%溶液を作成する。1ミリリットル(ml)の1%クエ
ン酸ナトリウム溶液を添加する。1分間の混合後、0.075%NaBH4および1
%クエン酸ナトリウムを含有する溶液1mlを勢い良く攪拌しながら添加する。
反応は5分間にわたって進めさせ、約2ナノメートルの平均直径を有する金核を
作成する。必要なときまで、金核を含有する溶液を4℃で冷凍してもよい。この
溶液は、そのまま使用してもよいし、金核含有溶液30μlと1%クエン酸ナト
リウム溶液0.4mlとを、100mlのH2Oで希釈した1%HAuCl4 3H2Oの溶
液に勢い良く攪拌しながら迅速に添加することによってより大きいサイズの粒子
(たとえば、約50ナノメートル直径の粒子)を製造するのに使用してもよい。
混合物は、15分間煮沸し、その後、室温まで冷却する。冷却中、溶液内の粒子
はフラクタル構造を形成し得る。こうしてできたコロイドおよび/またはフラク
タル粒子構造は暗色瓶内に保管できる。
Example 1 Preparation of Gold Colloid, Fractal Structure In one embodiment of the present invention, to make a solution of gold nuclei, a 0.01% solution of NaAuCl 4 is made in water with vigorous stirring. Add 1 milliliter (ml) of 1% sodium citrate solution. After mixing for 1 minute, 0.075% NaBH 4 and 1
1 ml of a solution containing% sodium citrate is added with vigorous stirring.
The reaction is allowed to proceed for 5 minutes, creating gold nuclei with an average diameter of about 2 nanometers. The solution containing the gold nuclei may be frozen at 4 ° C. until needed. This solution may be used as is, and a gold nucleus-containing solution 30μl 1% sodium citrate solution 0.4 ml, vigorously in a solution of 1% HAuCl 4 3H 2 O diluted with H 2 O in 100ml It may be used to produce larger size particles (eg, about 50 nanometer diameter particles) by rapid addition with stirring.
The mixture is boiled for 15 minutes and then cooled to room temperature. During cooling, the particles in the solution can form a fractal structure. The colloidal and / or fractal particle structure thus produced can be stored in a dark bottle.

【0023】 ガラスを含む誘電体表面上に強化用粒子を付着させることで、電磁信号を高め
ることのできるフィルムを生成できる。このようなフィルムは約10ナノメート
ルほどの薄さである。特に、このようなフィルムの表面上での電界強化分布は不
均質である可能性がある。このような強化領域は共振領域である。このような領
域は、検体結合、検出のためのレセプタを位置決めするのに特に有用であり得る
。誘電材料に埋め込んだフィルムまたは粒子構造の場合、強化構造を製造する1
つの方法は、「パーコレーション・ポイント」が現れるまで表面を処理すること
である。シート抵抗、体抵抗を測定する方法は、この技術分野では周知である。
Depositing reinforcing particles on the surface of a dielectric material, including glass, can produce a film capable of enhancing electromagnetic signals. Such films are as thin as about 10 nanometers. In particular, the electric field enhancement distribution on the surface of such films can be inhomogeneous. Such a strengthened region is a resonance region. Such regions may be particularly useful for positioning receptors for analyte binding, detection. Manufacture of reinforced structures in the case of films or grain structures embedded in dielectric materials
One way is to treat the surface until the "percolation point" appears. Methods for measuring sheet resistance and body resistance are well known in this technical field.

【0024】 実施例2:レーザーアブレーションを使用しての金属粒子およびフラクタル構
造の製造 上記の液相合成に加えて、レーザーアブレーションを使用して金属粒子を製造
する。金属箔片を、低濃度の貴ガス(たとえば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、
キセノンまたはクリプトン)を含有するチャンバ内に置く。金属箔のレーザー光
または他の熱源への曝露により、金属原子の蒸発が生じ、これらの金属原子が、
チャンバ内で浮遊した状態において、自然に凝集して、ランダムな拡散の結果と
してフラクタル構造その他の粒子構造を形成する。これらの方法は、この技術分
野では良く知られている。
Example 2 Production of Metal Particles and Fractal Structures Using Laser Ablation In addition to the liquid phase synthesis described above, laser ablation is used to produce metal particles. A piece of metal foil with a low concentration of noble gas (for example, helium, neon, argon,
Place in chamber containing xenon or krypton). Exposure of metal foils to laser light or other heat sources causes evaporation of metal atoms, which
When suspended in the chamber, they spontaneously aggregate to form fractal structures or other particle structures as a result of random diffusion. These methods are well known in the art.

【0025】 B.粒子を含有するフィルムの製造 本発明の一実施例の金属コロイド粒子を含有する基体を製造するために、コロ
イド金属粒子を、実施例1または2で説明したように、石英スライド上へ堆積さ
せることができる。同様の要領で、ランダムな構造または非フラクタル規則構造
を組み入れる他のフィルムも製造することができる。
B. Production of Film Containing Particles To produce a substrate containing metal colloidal particles according to one embodiment of the present invention, colloidal metal particles are placed on a quartz slide as described in Example 1 or 2. It can be deposited on top. Other films incorporating random or non-fractal ordered structures can be made in a similar fashion.

【0026】 実施例3:金フラクタル構造を含有する石英スライドの製造 石英スライド(2.5cm×0.8cm×0.1cm)を数時間にわたってHC
l:HNO3(3:1)の混合物内で清掃する。次いで、スライドを脱イオンH2O(ミ
リポア・コーポレーション)で約18MΩの抵抗値まで洗浄し、次いで、CH3OH
で洗浄する。次いで、スライドを、CH3OHで1:5に希釈したアミノプロピルトリ
メトキシシラン溶液内に18時間浸漬する。次いで、スライドを、CH3OH(分光
光度分析等級)と脱イオンH2Oとで徹底的に洗浄してから、上記のコロイド金溶
液内に浸漬する。この間、金コロイド粒子が沈澱し、石英スライドの表面に付着
する可能性がある。24時間後、コロイド誘導体化が完了する。ひとたび付着し
たならば、石英表面へのコロイド金ナノコンポジットの結合は、強くて、ほぼ不
可逆的である。この処置中、このような誘導スライドの紫外線および/または可
視光吸光度スペクトルを用いて誘導体化手順の品質および再現性を評価する。こ
の製造プロセスは電子顕微鏡を用いてモニタし、コロイド・コーティングの密度
、表面上の金コロイド粒子の分布および金コロイド粒子のサイズを評価する。
Example 3 Production of Quartz Slide Containing Gold Fractal Structure A quartz slide (2.5 cm × 0.8 cm × 0.1 cm) was HC for several hours.
l: Clean in a mixture of HNO 3 (3: 1). The slides were then washed with deionized H 2 O (Millipore Corporation) to a resistance of about 18 MΩ, then CH 3 OH.
Wash with. The slide is then immersed for 18 hours in a solution of aminopropyltrimethoxysilane diluted 1: 5 with CH 3 OH. The slides are then thoroughly washed with CH 3 OH (spectrophotometric grade) and deionized H 2 O before immersion in the colloidal gold solution described above. During this time, gold colloid particles may precipitate and adhere to the surface of the quartz slide. After 24 hours, colloid derivatization is complete. Once attached, the binding of colloidal gold nanocomposites to the quartz surface is strong and nearly irreversible. During this procedure, the UV and / or visible light absorbance spectra of such guide slides are used to assess the quality and reproducibility of the derivatization procedure. The manufacturing process is monitored using an electron microscope to evaluate the density of the colloidal coating, the distribution of gold colloidal particles on the surface and the size of the gold colloidal particles.

【0027】 C.粒子構造を形成するための粒子の凝集 本発明の他の具体例によれば、粒子構造を形成するのにいくつかの方法が使用
することができる。金属コロイドを表面上へ堆積させ、凝集時に、約1.8のフ
ラクタル寸法を有するフラクタル構造を形成し得ることは知られている。Safono
v et al., Spectral Dependence of Selective Photomodification in Fractal
Aggregates of Colloidal Particles, Physical Review Letters 80(5)、1102-1
105 (1998)をすべて参考資料としてここに援用する。図1は、本発明の方法と共
に用いるに適している1つの粒子構造を示している。粒子はスケール不変要領で
配置してあり、これは、レーザー光による照射の際に共振領域の形成を促進する
。 フラクタル構造に加えて、非フラクタル規則構造およびランダム構造を生成で
きる。これらの異なったタイプの構造は、電磁放射を使用しての検体の検出と関
連した信号を強化するのに望ましい特性を有し得る。
C. Aggregation of Particles to Form Particle Structures According to other embodiments of the present invention, several methods can be used to form particle structures. It is known that metal colloids can be deposited on surfaces to form fractal structures with a fractal dimension of about 1.8 upon aggregation. Safono
v et al., Spectral Dependence of Selective Photomodification in Fractal
Aggregates of Colloidal Particles, Physical Review Letters 80 (5), 1102-1
All 105 (1998) are incorporated herein by reference. FIG. 1 shows one particle structure suitable for use with the method of the present invention. The particles are arranged in a scale-invariant manner, which promotes the formation of resonant regions upon irradiation with laser light. In addition to fractal structures, non-fractal ordered and random structures can be generated. These different types of structures may have desirable properties for enhancing the signal associated with the detection of analytes using electromagnetic radiation.

【0028】 非フラクタル規則構造を作るために、たとえば、以下により詳しく説明するよ
うに、順次に異なった長さを有する化学リンカーを使用できる。さらに、同じサ
イズのリンカーを用いて、或る種の用途にとって有用であり得る規則構造を生成
できる。 本発明の或る具体例において、粒子を相互に付着させ、共振特性を有する構造
を形成することができる。一般的には、粒子を球体、楕円体またはロッド体にす
ると望ましいかも知れない。楕円粒子の場合、粒子が長い軸線(x)、別の軸線
(y)および第3軸線(z)を有すると望ましいかも知れない。一般に、xが、
使用しようとしている入射電磁放射線の波長(λ)の約0.05倍〜約1である
と望ましいかも知れない。ロッド状の場合、xが、約4λより小さく、あるいは
、約3λより小さく、あるいは、約2λより小さく、他の具体例では約1λより
小さく、また別の具体例では約1/2λより小さいと望ましいかも知れない。ロ
ッドの両端は、平らでもよいし、テーパが付いていてもよいし、長方形であって
もよいし、あるいは、共振を促進できる他の形状を有してもよい。
To create a non-fractal ordered structure, chemical linkers with sequentially different lengths can be used, for example, as described in more detail below. In addition, linkers of the same size can be used to generate ordered structures that may be useful for certain applications. In some embodiments of the invention, particles can be attached to each other to form a structure having resonant properties. Generally, it may be desirable for the particles to be spherical, ellipsoidal or rod-shaped. For elliptical particles, it may be desirable for the particles to have a long axis (x), another axis (y) and a third axis (z). In general, x is
It may be desirable to have from about 0.05 times the wavelength (λ) of the incident electromagnetic radiation to be used to about 1. In the case of a rod, x is less than about 4λ, or less than about 3λ, or less than about 2λ, less than about 1λ in other embodiments, and less than about 1 / 2λ in another embodiment. May be desirable. The ends of the rod may be flat, tapered, rectangular, or have other shapes that can facilitate resonance.

【0029】 2つの粒子構造の場合、粒子ペアが、約4λより小さい、あるいは、約2λよ
り小さい、他の具体例では約1λより小さい、また別の具体例では約1/2λよ
り小さいx寸法を有すると望ましいかも知れない。 二次元構造の場合、粒子、ロッド、ロッド+粒子のペアを一緒に使用すること
ができる。これらの要素の配置は、ランダムに分布させてもよいし、または、非
線形要領で観察スケールに依存する分布密度を有してもよい。
In the case of a two-particle structure, the x-dimension is such that the particle pair is less than about 4λ, or less than about 2λ, in other embodiments less than about 1λ, and in another embodiment less than about 1 / 2λ. May be desirable to have. For two-dimensional structures, particles, rods, rod + particle pairs can be used together. The arrangement of these elements may be randomly distributed or may have a distribution density that depends on the observation scale in a non-linear manner.

【0030】 他の具体例において、ロッドは端と端を相互に連結して、共振特性を強化し得
る長い構造を形成してもよい。 三次元構造の場合、フラクタル構造または規則入れ子アレイの化学リンカーと
組み合わせた、規則的入れ子粒子ありうは化学粒子アレイを使用し得る。
In other embodiments, the rods may be end-to-end interconnected to form an elongated structure that may enhance resonant properties. For three-dimensional structures, ordered nested particles or chemical particle arrays can be used in combination with fractal structures or ordered nested arrays of chemical linkers.

【0031】 第3次構造のまた別の具体例においては、粒子の懸濁液が望ましいかも知れな
い。これらの具体例のうち或る具体例では、浮遊粒子は、約1/2〜約1ミリメ
ートル(mm)の範囲にある寸法を有し得る。
In another embodiment of tertiary structure, a suspension of particles may be desirable. In some of these embodiments, the airborne particles can have dimensions in the range of about 1/2 to about 1 millimeter (mm).

【0032】 本発明の方針を用いると、研究者または開発者は、限定するつもりはないが、
粒子要素による電磁放射線の吸収率、選定表面の性質、共振領域の数、共振特性
、共振強化を示す電磁放射線の波長、粒子構造の多孔率および粒子構造の全構造
(限定するつもりはないが、構造のフラクタル寸法を含む)の選択を含む多くの
ニーズを満たすことができる。
Using the principles of the present invention, researchers or developers are not meant to be limiting,
Absorption rate of electromagnetic radiation by particle elements, properties of selected surfaces, number of resonance regions, resonance characteristics, wavelength of electromagnetic radiation indicating resonance enhancement, porosity of particle structure and total structure of particle structure (but not intended to be limiting, Many needs can be met, including the choice of structure (including fractal dimensions).

【0033】 1.光凝集 光凝集を使用して、広帯域電磁放射吸収装置で使用すると望ましいかも知れな
い特性を有する粒子構造を生成することができる。 或る閾値よりも上のエネルギを有するレーザー・パルスによるフラクタル金属
ナノコンポジットの照射で、選択的光変性、すなわち、レーザー波長付近の吸収
スペクトルに「二色性ホール」を形成し得るプロセスを行える(Safonov et al.
, Physical Review Letters 80(5): 1102-1105 (1998)のすべてを参考資料とし
てここに援用する)。銀、金の両コロイド、金属凝集体でドープしたポリマー、
金属ターゲットのレーザー蒸発によって生成したフィルムについては、幾何学的
構造の選択的光変性を観察できる。
1. Photoaggregation Photoaggregation can be used to produce particle structures with properties that may be desirable for use in broadband electromagnetic radiation absorbers. Irradiation of fractal metal nanocomposites with laser pulses with energies above a certain threshold allows for selective photomodification, a process that can form "dichroic holes" in the absorption spectrum near the laser wavelength ( Safonov et al.
, Physical Review Letters 80 (5): 1102-1105 (1998) are incorporated herein by reference). Polymers doped with both silver and gold colloids, metal aggregates,
For films produced by laser evaporation of metal targets, selective photomodification of geometric structures can be observed.

【0034】 選択的光変性の形成についての1つの理論は、フラクタル構造における光励起
の局在化がランダム・ナノコンポジットにおいて一般的であるということである
。この理論によれば、フラクタルにおける選択的光変性の局在化は、高度に偏光
可能な粒子(モノマー)のスケール不変性分布を原因として生じ得る。その結果
、異なった局在構成を有する粒子の小グループが互いに独立して入射光と相互作
用し、異なった周波数で共振して異なった領域を生成することができる(ここで
は、「光学モード」と呼ぶ)。同じ理論によれば、フラクタルにおけるモノマー
間の相互作用によって形成される光学モードは、入射光の光学波長より小さい、
そして、コロイド内の粒子群のサイズより小さい可能性のある領域に局在化され
る。光学モードの周波数は、表面でのプラスモン共振と関連するモノマーの吸収
帯域幅よりも広いスペクトル範囲にわたる可能性がある。しかしながら、他の理
論もフラクタル構造の光変性の効果を説明できる。したがって、本発明はなんら
特定の操作性理論に限定しない。
One theory for the formation of selective photomodification is that the localization of photoexcitation in fractal structures is common in random nanocomposites. According to this theory, the localization of selective photomodification in fractals can occur due to the scale-invariant distribution of highly polarisable particles (monomers). As a result, small groups of particles with different localized configurations can interact with incident light independently of each other and resonate at different frequencies to produce different regions (here, "optical modes"). Called). According to the same theory, the optical mode formed by the interaction between the monomers in the fractal is smaller than the optical wavelength of the incident light,
It is then localized in regions that may be smaller than the size of the particles within the colloid. The frequencies of the optical modes can span a wider spectral range than the absorption bandwidth of the monomer associated with plasmon resonance at the surface. However, other theories can explain the effect of photomodification of fractal structure. Therefore, the present invention is not limited to any particular operability theory.

【0035】 銀フラクタル凝集体の光変性は、約24×24×48nm3ほどの小さい領域
内で生じ得る(Safbnov et at, Physical Review Letters 80(5): 1102-1 105 (
1998)をすべて参考資料としてここに援用する)。フラクタル媒体によって吸収
されるエネルギは、レーザー波長を増大させたときに徐々に小さくなるモノマー
数に局在化され得る。共振領域に吸収されるエネルギが増大するにつれて、それ
らの場所での温度が増大し得る。11mJ/cm2のパワーで、550ナノメー
トルの波長を有する光が、約600Kの温度で発生し得る(Safonov et al., Ph
ysical Review Letters 80(5): 1102-1105(1998)のすべてを参考資料としてここ
に援用する)。この温度(銀の融点の約半分)で、コロイドの焼結が生じ(Safo
nov at al, Idのすべてを参考資料としてここに援用する)、それによって、安
定したフラクタル・ナノコンポジットを形成し得る。
Photodenaturation of silver fractal aggregates can occur in areas as small as about 24 × 24 × 48 nm 3 (Safbnov et at, Physical Review Letters 80 (5): 1102-1 105 (
1998) is hereby incorporated by reference in its entirety). The energy absorbed by the fractal medium can be localized to a decreasing number of monomers with increasing laser wavelength. As the energy absorbed in the resonant region increases, the temperature at those locations can increase. Light with a wavelength of 550 nanometers with a power of 11 mJ / cm 2 can be generated at a temperature of about 600 K (Safonov et al., Ph.
All of ysical Review Letters 80 (5): 1102-1105 (1998) are incorporated herein by reference). At this temperature (about half the melting point of silver), colloidal sintering occurs (Safo
nov at al, Id, all incorporated herein by reference), by which stable fractal nanocomposites can be formed.

【0036】 本発明において使用するとき、光凝集は、約400ナノメートル〜約2000
ナノメートルの範囲にある波長を有する入射光のパルスに表面上の金属コロイド
をさらすことによって達成され得る。別の実施例において、この波長は、約45
0ナノメートル〜約1079ナノメートルの範囲にあり得る。入射光の強度は、
約5mJ/cm2〜約20mJ/cm2の範囲にあり得る。別の実施例において、入
射光は、11mJ/cm2の強度で1079ナノメートルの波長を有し得る。
As used in the present invention, photoaggregation is from about 400 nanometers to about 2000.
It can be achieved by exposing the metal colloid on the surface to a pulse of incident light having a wavelength in the nanometer range. In another embodiment, this wavelength is about 45
It can range from 0 nanometers to about 1079 nanometers. The intensity of the incident light is
It can range from about 5 mJ / cm 2 to about 20 mJ / cm 2 . In another example, the incident light may have a wavelength of 1079 nanometers with an intensity of 11 mJ / cm 2 .

【0037】 特に本発明にとって有用であるフラクタル凝集体は、直径約10ナノメートル
〜約100ナノメートル、別の実施例では直径約50ナノメートルの範囲にある
寸法を有する金属粒子から製造され得る。本発明の代表的なフラクタル構造は、
約1000個までの粒子で構成され得、そして、大規模アレイについて代表的に
使用される凝集体の面積は、約100μm×100μmのサイズを有し得る。 図2は、光凝集し、本発明の方法と共に使用するのに適している粒子構造を示
している。金属粒子の局所的融合領域を観察できる(円形内)。
Fractal agglomerates that are particularly useful in the present invention can be made from metal particles having dimensions ranging from about 10 nanometers to about 100 nanometers in diameter, and in another embodiment about 50 nanometers in diameter. A typical fractal structure of the present invention is
The aggregate area, which can be composed of up to about 1000 particles and is typically used for large scale arrays, can have a size of about 100 μm × 100 μm. FIG. 2 shows a particle structure that is photoaggregated and suitable for use with the method of the present invention. The local fusion area of metal particles can be observed (in the circle).

【0038】 II.粒子構造 本発明の或る具体例においては、本発明の粒子構造はフラクタルの或る特性を
有し得る。フラクタルは、自己相似パターンを表示する構造である。自己相似性
とは、構造全体が、広範囲の倍率にわたって類似して見える点でスケール不変で
あるということを意味する。フラクタル様構造は、どこでも広く存在するもので
あり、たとえば、雲である。フラクタル・オブジェクトは、また、人工的にも生
成することができる。たとえば、金属表面のランドスケープを自己相似三角形そ
の他の形状で配置したとき、このようなフラクタル・オブジェクトは、いわゆる
「フラクタル・アンテナ」として役立ち得る。このようなアンテナは、より規則
的な構造を有するアンテナよりも広い電波送受信範囲を可能にする。
II. Particle Structure In certain embodiments of the present invention, the particle structure of the present invention may have certain properties of fractal. A fractal is a structure that displays a self-similar pattern. Self-similarity means that the entire structure is scale-invariant in that it looks similar over a wide range of magnifications. Fractal-like structures are widespread everywhere, for example clouds. Fractal objects can also be created artificially. For example, when arranging a landscape of metal surfaces in a self-similar triangle or other shape, such a fractal object can serve as a so-called "fractal antenna". Such an antenna enables a wider radio wave transmission / reception range than an antenna having a more regular structure.

【0039】 類似した例として、入射光の波長の約1/10の直径を有する金属粒子がフラ
クタル様構造の形で表面上に配置されているとき、このようなフラクタル表面は
広い光学範囲で吸光度を表示し得る(SHalaev V. M., et al. J. Nonlinear O
ptical Physics & Materials 7(1):13 1-152 (1998)のすべてを参考資料として
ここに援用する)。この場合、フラクタル様構造は、表面積あたりの粒子の数が
表面積のスケールの増大と共に減少するという事実により得る。このようなフラ
クタル表面の吸光度を説明する1つの理論は、個々の粒子において電磁波によっ
て誘発される発振二極モーメントの干渉である。
As a similar example, when metal particles having a diameter of about 1/10 of the wavelength of incident light are arranged on the surface in the form of a fractal-like structure, such a fractal surface absorbs light over a wide optical range. Can be displayed (SHalaev VM, et al. J. Nonlinear O
All of ptical Physics & Materials 7 (1): 13 1-152 (1998) are incorporated herein by reference). In this case, a fractal-like structure is obtained due to the fact that the number of particles per surface area decreases with increasing surface area scale. One theory that explains the absorbance of such fractal surfaces is the interference of oscillating dipole moments induced by electromagnetic waves in individual particles.

【0040】 1つの理論によれば、入射光子は、粒子を横切って電界を誘導し、金属内の移
動電子を入射電磁界の周波数と共に移動させることができる。このような集団移
動は、ここでは「プラスモン波」と呼ぶ。1つの理論によれば、電子の集団振動
は、フラクタル構造内の金属粒子におけるプラスモン波の強い二極性、多極性相
互作用により生じる。金属粒子のほとんどすべての距離および向きがこのような
フラクタル・システム内に存在し得るため、多数の可能性ある「共振空洞」がこ
のような構造内に形成される。ここで「共振空洞」なる用語は、入射光の波長に
ついて複数の共振状態を与える粒子の配置を意味する。このような空洞の各々は
、或る特定セットの波長で電磁波を吸収および/または放出する。多くの異なっ
た共振空洞がナノ粒子構造内に存在し得るので、多くの異なった周波数がこの構
造によって吸収および/または放出され得る。したがって、広範囲の波長内で共
振するというこれらすべての空洞の総合能力が、このようなフラクタル構造の広
い吸収帯域を生じさせる。
According to one theory, incident photons can induce an electric field across the particle, causing mobile electrons in the metal to move with the frequency of the incident electromagnetic field. Such a collective movement is called a "plasmon wave" here. According to one theory, collective vibrations of electrons are caused by strong dipolar and polypolar interactions of plasmon waves in metal particles in a fractal structure. Since almost all distances and orientations of metal particles can be present in such fractal systems, a large number of possible "resonant cavities" are formed in such structures. Here, the term "resonant cavity" means an arrangement of particles that provides a plurality of resonant states for the wavelength of incident light. Each such cavity absorbs and / or emits electromagnetic waves at a certain set of wavelengths. Since many different resonant cavities can exist within the nanoparticle structure, many different frequencies can be absorbed and / or emitted by this structure. Therefore, the combined ability of all these cavities to resonate within a wide range of wavelengths gives rise to the wide absorption band of such fractal structures.

【0041】 金属コロイド溶液の化学還元、表面のレーザーアブレーション、表面エッチン
グ、フィルムのアニーリングが、たとえば、フラクタル様構造の生成のために使
用される(Kreimer et al., United States Provisional Patent Application,
titled "Nanoparticle Structures With Receptors for Raman Spectroscopy",
Inventors: David I. Kreimer, Ph.D., Oleg A Yevin, Ph.D, Thomas H. Nufert
, filing Date: September 27, 1999および"SHalaev et. al. (199k)両方のす
べてを参考資料としてここに援用する)。代表的には、フラクタル様構造は、fa
r-from-equilibriumシステムに低エネルギ状態を達成させることによって得るこ
とができる。このようなシステムにおいては、フラクタル様構造は自然に形成し
得る。 フラクタル構造に加えて、他のタイプの粒子構造も、本発明の強化した吸収性
および/または放射性の特性を生じ得る。 熱パイプの表面に適用し得る粒子構造の製造を以下に説明する。
Chemical reduction of metal colloidal solutions, laser ablation of surfaces, surface etching, film annealing are used, for example, to produce fractal-like structures (Kreimer et al., United States Provisional Patent Application,
titled "Nanoparticle Structures With Receptors for Raman Spectroscopy",
Inventors: David I. Kreimer, Ph.D., Oleg A Yevin, Ph.D, Thomas H. Nufert
, filing Date: September 27, 1999 and "SHalaev et. al. (199k), all incorporated herein by reference). Typically, a fractal-like structure is fa
It can be obtained by allowing the r-from-equilibrium system to achieve a low energy state. In such systems, fractal-like structures can form spontaneously. In addition to fractal structures, other types of particle structures can also result in the enhanced absorptive and / or emissive properties of the present invention. The production of a grain structure applicable to the surface of heat pipes is described below.

【0042】 1.粒子構造の化学誘導合成 本発明の或る具体例においては、ナノ粒子構造を化学方法で製造することがで
きる。まず、上記の方法に従って金属粒子を製造するか、あるいは、商業的な供
給元(NanoGram Inc, Fremont, California)から金属粒子を購入することがで
きる。次ぎに、粒子を相互に結合させて一次構造、たとえば、粒子のペアを形成
し得る。次いで、一次構造を相互に結合して二次構造、たとえば、粒子ペアのペ
アを形成し得る。最後に、二次構造を相互に結合させることによって三次フラク
タル構造を製造することができる。
1. Chemically Induced Synthesis of Particle Structures In certain embodiments of the invention, nanoparticle structures can be produced by chemical methods. First, the metal particles can be manufactured according to the method described above, or the metal particles can be purchased from a commercial supplier (NanoGram Inc, Fremont, Calif.). The particles can then be linked together to form a primary structure, eg, a pair of particles. The primary structures can then be joined together to form secondary structures, eg, pairs of particle pairs. Finally, a tertiary fractal structure can be produced by bonding secondary structures together.

【0043】 本発明の別の実施例においては、金属粒子のフラクタル・アレイの形成は、化
学方法を用いて実施し得る。ひとたび金属コロイド粒子を製造したならば、各粒
子を、チオールその他のタイプの適当な化学結合を経てリンカー分子に付着させ
ることができる。次いで、リンカー分子を互いに付着させ、隣接したコロイド粒
子を相互に連結することができる。粒子間の距離は、リンカー分子の全長の関数
である。ここで、粒子対リンカー分子の化学量論的比率を選ぶと望ましいかも知
れない。また使用するリンカー分子があまりに少ない場合には、粒子のアレイが
緩すぎることになるか、あるいは、全然形成できないかも知れない。逆に言えば
、リンカー分子対粒子の比率が高過ぎる場合には、アレイが緊密すぎることにな
るか、結晶質構造(ランダムではない)を形成する傾向すら生じ、ラマン共振を
促進する傾向がなくなることになる。
In another embodiment of the present invention, the fractal array of metal particles may be formed using chemical methods. Once the metal colloid particles are prepared, each particle can be attached to a linker molecule via a thiol or other type of suitable chemical bond. Linker molecules can then be attached to each other and connect adjacent colloidal particles to each other. The distance between the particles is a function of the total length of the linker molecule. Here, it may be desirable to choose a stoichiometric ratio of particles to linker molecules. Also, if too few linker molecules are used, the array of particles may be too loose or may not be formed at all. Conversely, if the linker molecule-to-particle ratio is too high, the array will either be too tight or will even tend to form crystalline structures (not random), which will tend to promote Raman resonances. It will be.

【0044】 一般的に、連結手順を順次に実施することが望ましいかも知れない。その場合
、第1段階は、粒子相互の架橋結合を許さない条件の下で個々の粒子にリンカー
分子を添加することを含む。たとえば、このようなリンカーは、一端でのみ反応
グループを有するオリゴヌクレオチドを包含し得る。この第1段階中、オリゴヌ
クレオチドの反応端は、金属粒子と結合し、それによって、第1粒子・リンカー
種を形成し、リンカーの自由端を有し得る。リンカー分子対粒子の比率は、粒子
に付着させようとしているリンカー分子の数に依存して選ぶことができる。異な
った反応チャンバ内で別グループの粒子に第2のリンカーを付着させ得る。それ
によって、第2のリンカー・粒子種を生じさせ、ここで再び、リンカーが自由端
を有し得る。
In general, it may be desirable to perform the ligation procedure sequentially. In that case, the first step involves adding linker molecules to the individual particles under conditions that do not allow cross-linking of the particles to each other. For example, such a linker may include an oligonucleotide having a reactive group on only one end. During this first step, the reactive end of the oligonucleotide may be attached to the metal particle, thereby forming the first particle-linker species and having the free end of the linker. The ratio of linker molecules to particles can be chosen depending on the number of linker molecules to be attached to the particles. The second linker may be attached to another group of particles in different reaction chambers. Thereby, a second linker particle species is generated, where again the linker may have free ends.

【0045】 これらの反応が進行した後、異なったリンカー・粒子種を相互に混ぜ合わせ、
リンカーを相互に付着させてリンカー分子で結合した「粒子ペア」を形成するこ
とができる。一例として、図2a〜2cは、本発明のフラクタル構造を製造する
方法を例示している。図2aにおいて、金属粒子10は、先に述べた方法を使用
して形成する。短いリンカー20は、金属粒子10に結合できる化学的活性端を
有する。たとえば、リンカー20は、その各端のところにスルフヒドリル(「S
H」)基を有する。結合時、金属粒子10はリンカー20のSH端と結合して粒
子ペア30を形成する。
After these reactions proceed, different linker / particle species are mixed with each other,
Linkers can be attached to each other to form "particle pairs" that are linked by linker molecules. As an example, Figures 2a-2c illustrate a method of making the fractal structure of the present invention. In Figure 2a, metal particles 10 are formed using the method previously described. The short linker 20 has a chemically active end capable of binding to the metal particle 10. For example, the linker 20 has a sulfhydryl (“S
H ") group. Upon bonding, the metal particles 10 bond with the SH end of the linker 20 to form the particle pair 30.

【0046】 図2bは、粒子ペアのクラスタを形成するのに使用できる工程を例示している
。粒子ペア30は、中間長リンカー40と反応してクラスタ50を形成する。 図2cは、本発明のナノスケール・フラクタル構造を形成するのに使用できる
工程を例示している。クラスタ50は、長いリンカー60と反応してナノスケー
ル・フラクタル構造70を形成する。
FIG. 2b illustrates a process that can be used to form clusters of particle pairs. Particle pairs 30 react with intermediate length linkers 40 to form clusters 50. FIG. 2c illustrates a process that can be used to form the nanoscale fractal structure of the present invention. Clusters 50 react with long linkers 60 to form nanoscale fractal structures 70.

【0047】 リンカー分子は、任意所望の長さを得るように選び得る。代表的には、有機成
分のポリマーも有用であり得る。たとえば、結合は、アリール・ジ・チオールま
たはジ・イソニトリル分子を用いて実施し得る。あるいは、リンカーを金属粒子
に付着させるのに使用できる任意の活性成分を使用し得る。上記タイプのアリー
ル・リンカーを核酸または他のタイプのリンカー分子と共に使用すると望ましい
かも知れない。リンカーは、エチルベンゼン成分を有する中心領域を有すること
ができ、この場合、nは、1〜約10,000の間の数値である。
The linker molecule can be chosen to obtain any desired length. Typically, organic component polymers may also be useful. For example, conjugation can be performed with aryl dithiol or diisonitrile molecules. Alternatively, any active ingredient that can be used to attach the linker to the metal particles can be used. It may be desirable to use the above types of aryl linkers with nucleic acids or other types of linker molecules. The linker can have a central region with an ethylbenzene component, where n is a number between 1 and about 10,000.

【0048】 一般的に、各連続するリンカー・ペアについての長さの比率は、約2〜約20
の範囲であり得る。あるいは、連続するリンカー・ペアの長さの比率は、約3〜
約10の範囲であり得、他の具体例では、約5であり得る。 たとえば、リンカー1、2、3(それぞれ、L1、L2、L3)を含む三次製
造プロセスの場合、それはL1:L2:L3の比率が約1:2:4の範囲にあると
望ましいかも知れない。あるいは、この比率は、約1:5:25であってもよい
し、また別の具体例では、この比率は、約1:20:400であり得る。他の具
体例においては、L1、L2の比率およびL2、L3の比率は同じである必要はな
い。したがって、或る具体例においては、L1:L2:L3の比率は、1:3:
20、あるいは、1:20:40であり得る。 これらの条件の下に、任意所望の多孔率を有する構造を製造し得る。一般的に
、ナノスケール構造のサイズは、約20ナノメートル〜約10,000ナノメー
トルの範囲にある平均寸法を持たなければならない。別の実施例においては、こ
れらの寸法は、約50ナノメートル〜約300ナノメートルの範囲にあり得、他
の具体例では、約100〜約200ナノメートルの範囲にあり得、さらに別の具
体例では、約150ナノメートルであり得る。
Generally, the length ratio for each consecutive linker pair is from about 2 to about 20.
Can range. Alternatively, the ratio of the length of consecutive linker pairs is about 3 to.
It can range from about 10, and in other embodiments about 5. For example, for a tertiary manufacturing process involving linkers 1, 2, 3 (L1, L2, L3, respectively), it may be desirable for the ratio L1: L2: L3 to be in the range of about 1: 2: 4. Alternatively, the ratio may be about 1: 5: 25, and in another embodiment the ratio may be about 1: 20: 400. In other embodiments, the ratio of L1, L2 and the ratio of L2, L3 need not be the same. Therefore, in one embodiment, the ratio of L1: L2: L3 is 1: 3 :.
It could be 20, or 1:20:40. Under these conditions, structures with any desired porosity can be produced. In general, the size of the nanoscale structure should have an average dimension in the range of about 20 nanometers to about 10,000 nanometers. In another example, these dimensions can be in the range of about 50 nanometers to about 300 nanometers, and in other embodiments, in the range of about 100 to about 200 nanometers, and yet another embodiment. In an example, it can be about 150 nanometers.

【0049】 本発明の或る種の用途の場合、様々な異なった直径を有するナノ粒子を使用す
ると望ましいかも知れない。したがって、同じ反応において、約20ナノメート
ル〜約10,000ナノメートルの直径を有する粒子で出発してナノ粒子構造を
製造できる。さらに、伝熱を改善するように粒子の形状を変えてもよい。たとえ
ば、ロッド状の粒子は、約100:1〜2:1、あるいは、約50:1〜約5:
1、他の具体例では約20:1〜約10:1の長さ対直径の比率を有し得る。 分光法(SERS、表面プラスモン共振分光法、蛍光法、表面強化赤外線吸収
分光法および他の分光技術)の用途の他に、金属粒子から作成したフラクタル様
構造は、広波長フィルタまたはアンテナとしても使用し得る。
For certain applications of the invention, it may be desirable to use nanoparticles with a variety of different diameters. Thus, in the same reaction, a nanoparticle structure can be produced starting with particles having a diameter of about 20 nanometers to about 10,000 nanometers. In addition, the shape of the particles may be modified to improve heat transfer. For example, rod-shaped particles are about 100: 1 to 2: 1, or about 50: 1 to about 5 :.
1, in other embodiments, it may have a length to diameter ratio of about 20: 1 to about 10: 1. In addition to applications in spectroscopy (SERS, surface plasmon resonance spectroscopy, fluorescence, surface-enhanced infrared absorption spectroscopy and other spectroscopic techniques), fractal-like structures made from metal particles can also be used as wide wavelength filters or antennas. Can be used.

【0050】 それに加えて、このようなシステムは、広範囲にわたる熱交換方法、装置で使
用し得る。たとえば、材料をフラクタル様構造内に配置した金属粒子から作成し
得る。これらの材料は、優れた熱吸収・放出特性を有することになる。これらの
フィルムは、熱除去のために熱パイプと共に使用することでき、また、建築構造
物、エンジン冷却システム、マイクロチップ冷却、宇宙工学で使用するための材
料と一体化することができる。それに加えて、衣類材料で本発明を使用して、夜
陰赤外線検出(ナイト・ヴィジョン)の軍事目的に使用し得る。
In addition, such a system may be used in a wide variety of heat exchange methods and devices. For example, the material can be made from metal particles arranged in a fractal-like structure. These materials will have excellent heat absorption and release properties. These films can be used with heat pipes for heat removal and can be integrated with materials for use in building structures, engine cooling systems, microchip cooling, space engineering. In addition, the invention can be used in clothing materials for military purposes for night-vision infrared detection (night vision).

【0051】 2.入れ子式粒子関連物の製造 均一なサイズ、それぞれ、10ナノメートル、40ナノメートル、240ナノ
メートルの直径の金属金粒子のコロイド溶液を選ぶことによって入れ子式粒子関
連物を製造できる。リンカー(たとえば、DNA)を有する複数の10ナノメー
トル金粒子をそこに付着させることができる。複数の40ナノメートル粒子を製
造した場合、その各々は、10ナノメートルの粒子のDNAリンカーに対応する
各リンカー、たとえば、DNAを有する。リンカー誘導10、40ナノメートル
粒子の混合物を溶液内に置き、互いに反応させる。DNAリンカーは相互に結合
して一次入れ子構造を形成する。
2. Manufacture of Nested Particle Related Materials Nested particle related materials can be manufactured by selecting colloidal solutions of metal gold particles having uniform sizes, diameters of 10 nanometers, 40 nanometers, and 240 nanometers, respectively. Multiple 10 nanometer gold particles with a linker (eg, DNA) can be attached thereto. When a plurality of 40 nanometer particles are produced, each has a respective linker, eg DNA, corresponding to the DNA linker of the 10 nanometer particles. A mixture of linker-derived 10,40 nanometer particles is placed in solution and allowed to react with each other. DNA linkers bind to each other to form a primary nested structure.

【0052】 二次入れ子粒子構造は、最初の2つの粒子のいずれかよりも大きい(たとえ
ば、240ナノメートル)粒子を取り囲む複数の一次粒子をからなる。一次粒子
または二次粒子の混合物を約100℃より低い温度まで加熱し、次いで冷却する
と、より良好な次数の入れ子粒子を得ることができる。
The secondary nested particle structure consists of a plurality of primary particles surrounding a particle that is larger (eg, 240 nanometers) than either of the first two particles. Better order nested particles can be obtained by heating the primary or secondary particle mixture to a temperature below about 100 ° C. and then cooling.

【0053】 3.非ランダム粒子構造を有する表面の製造 本発明の熱パイプを製造するために、熱伝導面上へ化学的に誘導した、あるい
は、入れ子にした粒子構造を堆積させることができる。粒子構造は、望ましくは
、導電性ポリマーを使用して表面に付着させ得る。このように被覆した表面を電
磁放射線にさらしたとき、入射光の若干が粒子構造によって吸収され、熱パイプ
の内部に伝えられ得る。次いで、パイプ内部の熱が熱パイプに沿って別の場所(
たとえば、クーラー環境が存在する)に伝わり、それによって、熱パイプの熱を
周囲の環境に発散させることができる。
3. Fabrication of Surfaces with Non-Random Grain Structures To fabricate the heat pipes of the present invention, chemically induced or nested grain structures can be deposited on the heat conducting surface. The particle structure may desirably be attached to the surface using a conductive polymer. When the surface thus coated is exposed to electromagnetic radiation, some of the incident light can be absorbed by the grain structure and transmitted inside the heat pipe. The heat inside the pipe is then transferred to another location along the heat pipe (
(For example, a cooler environment exists), which can dissipate the heat of the heat pipe to the surrounding environment.

【0054】 本発明の或る他の具体例においては、懸濁液の入れ子粒子構造その他の粒子構
造を使用し得る。これらの構造を最初に付着させ、次いで、ポリマーを使用して
粒子構造の付着を強化し、表面カバリングの耐久性を高めることができる。
In certain other embodiments of the present invention, a suspension nested particle structure or other particle structure may be used. These structures can be deposited first and then polymers can be used to enhance the attachment of the particle structures and enhance the durability of surface covering.

【0055】 III.熱伝導ポリマー 熱的かつ環境的に安定したポリマー、たとえば、ポリアニリン・ベースあるい
はポリピロール・ベースの複合材は、熱伝導可能である(EFONIXの特許参照)。
金属表面に金属粒子を付着させることのできる他の複合材も周知である(米国特
許第5,925,467号のすべてを参考資料として援用する)。
III. Thermally Conductive Polymers Thermally and environmentally stable polymers, such as polyaniline-based or polypyrrole-based composites, are thermally conductive (see EFONIX patent).
Other composites capable of depositing metal particles on metal surfaces are also known (incorporated by reference in its entirety in US Pat. No. 5,925,467).

【0056】 実施例4:フラクタル吸熱体を具体化する熱パイプ 図3は、本発明の具体例300の一部110を示しており、この場合、図1に
示すものと同様の熱パイプ105は、部分的に粒子構造で覆われる。吸熱体部分
110は、熱パイプ105、揮発性流体130を有する芯要素135を包含する
。揮発性流体140の一部は、芯135に隣接して示してある。熱パイプ105
を囲んで、金属粒子150を有する熱伝導性ポリマー145の層が埋め込んであ
る。熱伝導性ポリマー層145を取り囲んで、ナノ粒子構造からなる領域160
がある。
Example 4: Heat Pipe Embodying a Fractal Endotherm FIG. 3 shows a portion 110 of an embodiment 300 of the invention, in which a heat pipe 105 similar to that shown in FIG. , Partially covered with grain structure. The heat sink portion 110 includes a heat pipe 105, a core element 135 having a volatile fluid 130. A portion of the volatile fluid 140 is shown adjacent the wick 135. Heat pipe 105
Surrounding is embedded a layer of thermally conductive polymer 145 having metal particles 150. A region 160 surrounding the thermally conductive polymer layer 145 and comprising a nanoparticle structure
There is.

【0057】 図4は、熱パイプの熱吸収端110のところに粒子構造を有する本発明400
の具体例を示している。熱パイプ105は、揮発性流体130を含有する芯要素
135を有する。熱パイプの外部は、熱伝導性ポリマー145の層を有するもの
として示してあり、この層には粒子構造160の領域が塗布してある。熱(Qi
n)は、熱パイプの吸熱体部分110のところで粒子構造160によって吸収さ
れ、そして、ポリマー層145によって熱パイプ105に伝えられる。熱は、芯
領域135における揮発性流体130を蒸発させて蒸発流体140を生じさせ、
これは熱パイプの放出端120まで流れる。熱パイプの放出端120のところで
、蒸発流体140は凝縮し、熱を解放する。液体は、芯構造135内へ流入し、
熱パイプの熱吸収部分110に吸い戻される。
FIG. 4 illustrates the present invention 400 having a grain structure at the heat absorbing end 110 of the heat pipe.
Shows a specific example of. The heat pipe 105 has a core element 135 containing a volatile fluid 130. The exterior of the heat pipe is shown as having a layer of thermally conductive polymer 145, which is coated with regions of grain structure 160. Heat (Qi
n) is absorbed by the grain structure 160 at the heat absorber section 110 of the heat pipe and is transferred to the heat pipe 105 by the polymer layer 145. The heat vaporizes the volatile fluid 130 in the core region 135 to produce the vaporized fluid 140,
It flows to the discharge end 120 of the heat pipe. At the discharge end 120 of the heat pipe, the evaporated fluid 140 condenses and releases heat. The liquid flows into the core structure 135,
It is sucked back into the heat absorbing portion 110 of the heat pipe.

【0058】 図5は、熱パイプの熱吸収端110、放出端120の両方における粒子構造を
有する本発明500の具体例を示している。図4に関連して先に説明した同じ特
徴が図5に当てはまる。さらに、放出端120のところで、熱伝導性ポリマー1
46の層が熱パイプ105を囲んでいる。粒子構造161の層が熱伝導性ポリマ
ー層146の外面に塗布されている。熱伝導性ポリマー146のタイプは、熱伝
導性ポリマー145と同じである必要はなく、粒子構造161は、粒子構造16
0と同じである必要はない。熱パイプ500の吸収端110から伝えられる熱は
放出端120へ運ばれ得る。放出端120のところで、蒸発流体140は、凝縮
し、熱「Qout」を解放する。この熱は、熱伝導性ポリマー層146を通してナ
ノ粒子構造161に流れ得、それによって、ナノ粒子構造161が放熱し得る。
FIG. 5 shows an embodiment of the invention 500 having a grain structure at both the heat absorption end 110 and the emission end 120 of the heat pipe. The same features described above in connection with FIG. 4 apply to FIG. Furthermore, at the discharge end 120, the thermally conductive polymer 1
Forty-six layers surround the heat pipe 105. A layer of grain structure 161 is applied to the outer surface of thermally conductive polymer layer 146. The type of thermally conductive polymer 146 need not be the same as the thermally conductive polymer 145, and the particle structure 161 is
It does not have to be the same as zero. The heat transferred from the absorption end 110 of the heat pipe 500 can be carried to the discharge end 120. At the discharge end 120, the evaporating fluid 140 condenses and releases the heat “Qout”. This heat can flow to the nanoparticle structure 161 through the thermally conductive polymer layer 146, which can dissipate the nanoparticle structure 161.

【0059】 本発明の他の具体例においては、粒子構造は、熱伝導性ポリマーの介在層なし
に熱パイプの表面に直接付着させ得る。たとえば、フォトリソグラフ法を使用し
て、粒子構造を付着させることができる。このような方法は、すべてを参考資料
としてここに援用するUnited States Provisional Patent Application, titled
"Nanoparticle Structures With Receptors for Raman Spectroscopy". Invent
ors: David I. Kreimer, PhD., Oleg A. Yevin, Ph.D., Thomas H. Nufert. Fil
ing Date: September 27, 1999に記載されている。
In another embodiment of the invention, the particle structure may be directly attached to the surface of the heat pipe without an intervening layer of thermally conductive polymer. For example, photolithographic methods can be used to deposit the grain structure. Such a method is incorporated by reference in the United States Provisional Patent Application, titled
"Nanoparticle Structures With Receptors for Raman Spectroscopy". Invent
ors: David I. Kreimer, PhD., Oleg A. Yevin, Ph.D., Thomas H. Nufert. Fil
ing Date: September 27, 1999.

【0060】 さらに、レーザーアブレーションを使用して熱パイプ上に直接粒子構造を製造
することができる。これらの方法は、すべてを参考資料としてここに援用するth
e United States Provisional Patent Application titled "Nanoparticle Stru
ctures With Receptors for Raman Spectroscopy". Inventors: David I. Kreim
er, Ph.D., Oleg A. Yevin, Ph.D., Thomas H. Nufert. Filing Date: Septembe
r 27, 1999に記載されている。
In addition, laser ablation can be used to produce particle structures directly on the heat pipe. All of these methods are incorporated herein by reference.
e United States Provisional Patent Application titled "Nanoparticle Stru
ctures With Receptors for Raman Spectroscopy ". Inventors: David I. Kreim
er, Ph.D., Oleg A. Yevin, Ph.D., Thomas H. Nufert. Filing Date: Septembe
r 27, 1999.

【0061】 構造は、放射熱伝達条件の下で1ポイントから別のポイントまで熱を伝えるの
に使用される改良熱パイプの製造にとって有用である。改良伝熱性は、機械的、
電気的機器のような機器を所望作動温度範囲内に保つことができる。したがって
、本発明のナノ粒子構造は、が太陽熱加熱装置にとって使用することができ、ま
た、太陽輻射を含む熱放射により過熱することから機器を保護することができる
The construction is useful for the manufacture of improved heat pipes used to transfer heat from one point to another under radiative heat transfer conditions. Improved heat transfer is mechanical,
Equipment such as electrical equipment can be kept within the desired operating temperature range. Therefore, the nanoparticle structure of the present invention can be used for solar heating devices and can also protect the equipment from being overheated by thermal radiation including solar radiation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 従来型ヒートパイプ及び熱伝達機構の設計例を示す図である。[Figure 1]   It is a figure which shows the example of a conventional heat pipe and the design of a heat transfer mechanism.

【図2a】 本発明の粒子構造を製造するための一組の化学反応を概略的に示す図である。Figure 2a   FIG. 3 is a schematic diagram of a set of chemical reactions for producing the particle structure of the present invention.

【図2b】 本発明の粒子構造を製造するための一組の化学反応を概略的に示す図である。Figure 2b   FIG. 3 is a schematic diagram of a set of chemical reactions for producing the particle structure of the present invention.

【図2c】 本発明の粒子構造を製造するための一組の化学反応を概略的に示す図である。[Fig. 2c]   FIG. 3 is a schematic diagram of a set of chemical reactions for producing the particle structure of the present invention.

【図3】 本発明のヒートパイプの放射線吸収端部の詳細設計を示す図である。[Figure 3]   It is a figure which shows the detailed design of the radiation absorption edge part of the heat pipe of this invention.

【図4】 広いスペクトルレンジの電磁放射線を収集し、このエネルギを熱に変換し、こ
の熱をパイプの低温側端部に伝達するように設計された本発明のヒートパイプを
示す図である。
FIG. 4 shows a heat pipe of the present invention designed to collect a wide spectral range of electromagnetic radiation, convert this energy into heat, and transfer this heat to the cold end of the pipe.

【図5】 放射による熱伝達を介して熱の吸収と熱の放射の両方を行うことができる本発
明のヒートパイプの設計例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example design of a heat pipe of the present invention capable of both absorbing heat and radiating heat via radiative heat transfer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 60/156,471 (32)優先日 平成11年9月27日(1999.9.27) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DZ ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM, HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,K P,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU ,LV,MA,MD,MG,MK,MN,MW,MX, MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,S E,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT ,TZ,UA,UG,UZ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 ニュファート トーマス エイチ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94596 ウォールナット クリーク エフ オーク ロード 2633 (72)発明者 クライマー デイヴィッド アイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94703 バークレイ ドワイト ウェイ 1841─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (31) Priority claim number 60 / 156,471 (32) Priority date September 27, 1999 (September 27, 1999) (33) Priority claiming countries United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BZ, C A, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DZ , EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, K P, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU , LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, S E, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT , TZ, UA, UG, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Nuffert Thomas H             United States California             94596 Walnut Creek F               Oak Road 2633 (72) Inventor Climber David Eye             United States California             94703 Berkeley Dwight Way             1841

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ヒートパイプであって、パイプと、パイプ上に設けられてい
て、予め選択された電磁吸収帯をもつ粒子構造とを有することを特徴とするヒー
トパイプ。
1. A heat pipe, comprising: a pipe; and a particle structure provided on the pipe and having a preselected electromagnetic absorption band.
【請求項2】 前記パイプと前記粒子構造との間に設けられた熱伝導体を更
に有していることを特徴とする請求項1記載のヒートパイプ。
2. The heat pipe according to claim 1, further comprising a heat conductor provided between the pipe and the particle structure.
【請求項3】 ウィックと、熱を前記パイプの一端部から前記パイプの別の
端部に伝達する液体とを更に有していることを特徴とする請求項1又は2記載の
ヒートパイプ。
3. The heat pipe according to claim 1, further comprising a wick and a liquid that transfers heat from one end of the pipe to another end of the pipe.
【請求項4】 前記粒子構造は、フラクタル構造であることを特徴とする請
求項1〜3のうち何れか一に記載のヒートパイプ。
4. The heat pipe according to claim 1, wherein the particle structure is a fractal structure.
【請求項5】 前記粒子構造は、嵌合型粒子構造であることを特徴とする請
求項1〜4のうち何れか一に記載のヒートパイプ。
5. The heat pipe according to claim 1, wherein the particle structure is a mating particle structure.
【請求項6】 前記粒子構造は、粒子と化学的リンカーとから成ることを特
徴とする請求項1〜5のうち何れか一に記載のヒートパイプ。
6. The heat pipe according to claim 1, wherein the particle structure comprises particles and a chemical linker.
【請求項7】 複数の粒子構造を更に有していることを特徴とする請求項1
〜6のうち何れか一に記載のヒートパイプ。
7. The method according to claim 1, further comprising a plurality of grain structures.
The heat pipe according to any one of to 6.
【請求項8】 前記粒子構造は、ポリマーによって前記パイプに取り付けら
れていることを特徴とする請求項1〜7のうち何れか一に記載のヒートパイプ。
8. The heat pipe according to claim 1, wherein the particle structure is attached to the pipe by a polymer.
【請求項9】 前記熱伝導体は、ポリマーであることを特徴とする請求項2
記載のヒートパイプ。
9. The heat conductor is a polymer.
Heat pipe described.
【請求項10】 前記粒子構造は、所定の電磁放出帯を有していることを特
徴とする請求項1〜8のうち何れか一に記載のヒートパイプ。
10. The heat pipe according to claim 1, wherein the particle structure has a predetermined electromagnetic emission band.
【請求項11】 前記フラクタル構造は、所定の電磁吸収帯を有しているこ
とを特徴とする請求項4記載のヒートパイプ。
11. The heat pipe according to claim 4, wherein the fractal structure has a predetermined electromagnetic absorption band.
【請求項12】 前記フラクタル構造は、所定の電磁放出帯を有しているこ
とを特徴とする請求項4記載のヒートパイプ。
12. The heat pipe according to claim 4, wherein the fractal structure has a predetermined electromagnetic emission band.
【請求項13】 前記パイプと前記フラクタル構造との間に設けられた熱伝
導体を更に有していることを特徴とする請求項4記載のヒートパイプ。
13. The heat pipe according to claim 4, further comprising a heat conductor provided between the pipe and the fractal structure.
【請求項14】 ウィックと、熱を前記パイプの一端部から前記パイプの別
の端部に伝達する液体とを更に有していることを特徴とする請求項4記載のヒー
トパイプ。
14. The heat pipe according to claim 4, further comprising a wick and a liquid that transfers heat from one end of the pipe to another end of the pipe.
【請求項15】 熱を熱源から熱シンクに伝達する方法であって、複数の粒
子構造、前記複数の粒子構造相互間に設けられた熱伝導層、ウィック及び熱を伝
達する液体を有するパイプを準備する段階と、前記パイプの第1の端部を前記熱
源にさらす段階と、前記パイプの第2の端部を前記熱シンクにさらす段階とを有
することを特徴とする方法。
15. A method for transferring heat from a heat source to a heat sink, the method comprising: a pipe having a plurality of particle structures, a heat conductive layer provided between the plurality of particle structures, a wick, and a liquid for transferring heat. A method, comprising: providing, exposing a first end of the pipe to the heat source, and exposing a second end of the pipe to the heat sink.
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