JP2015047585A - マイクロリアクター及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、化学反応させる試料がマイクロ流路の側壁が崩壊して破損することを防止できるマイクロリアクター及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のマイクロリアクター１０は、基板Ｓと、側壁１２と、前記基板Ｓと前記側壁１２とで形成されたマイクロ流路１１とを備え、前記側壁１２は、複数のカーボンナノチューブ３０と、耐酸化性を有する材料とで形成されており、前記カーボンナノチューブ３０は、前記基板Ｓ上に配列され、かつ波形状に伸長して、隣り合う前記カーボンナノチューブ３０同士が部分的に接触しており、前記耐酸化性を有する材料は、前記カーボンナノチューブ３０同士の空隙を充填し、かつ前記カーボンナノチューブの表面を覆っていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、化学反応を行うために用いられるマイクロリアクターに関する。

化学反応を行うために用いられる反応器として、幅が数μｍ〜数百μｍの流路（マイクロ流路）に試料を通過させて、化学反応を行うマイクロリアクターは既に知られている。マイクロリアクターは、フラスコ等のバッチ反応器と比較して、エネルギー効率、反応速度、安全性等の面で優れているとされている。

試料は化学反応することによって発熱したり吸熱したりする場合があり、マイクロ流路内に温度変化が生じて、化学反応の反応速度が安定しない場合がある。そのため、マイクロリアクターでは、試料の化学反応の反応速度を安定させるために、マイクロ流路内とマイクロリアクターの外部とで効率よく熱交換をさせることが求められる。そこで、一般的にマイクロリアクターのマイクロ流路の側壁には、熱伝導率が高い材料が用いられる。

特許文献１では、図６に示すように、マイクロ流路６１の側壁６２に熱伝導率が高いカーボンナノチューブ６３が複数用いられている。複数のカーボンナノチューブ６３はワイヤ状で基板Ｓに対して垂直に伸長し、隣り合うカーボンナノチューブ６３同士に間隔がある。

特開２０１０−８５３３７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のマイクロリアクター、すなわち、図６に表されたマイクロリアクターでは、カーボンナノチューブ６３同士に間隔があるため、化学反応させる試料が気体の場合は、カーボンナノチューブ６３同士の間隔を試料が流れてしまう。そして、カーボンナノチューブ６３同士の間隔に試料が流れると、マイクロリアクターから気体の試料が漏れ出してしまうという問題がある。

また、カーボンナノチューブ６３同士に間隔があり、カーボンナノチューブ６３同士が接触していないため、カーボンナノチューブ６３同士の伝熱が断たれてしまい、結果としてマイクロリアクターは、マイクロ流路６１の内部とマイクロリアクターの外部とで効率よく熱交換ができないという問題がある。
さらに、カーボンナノチューブ６３の表面がむき出しの状態となっているため強度が低い。すなわち、マイクロ流路６１を通過する試料が、高密度物質や粒子を含む試料の場合、または試料を高圧で注入する等の場合、カーボンナノチューブ６３は基板Ｓから剥離するおそれがある。カーボンナノチューブ６３が基板Ｓから剥離することでマイクロ流路６１の側壁６２が崩壊し、ひいてはマイクロリアクターが破損するおそれがある。

さらに、カーボンナノチューブは一般的に酸素雰囲気で約４００℃以上に達すると、酸化により焼失してしまう。また、カーボンナノチューブが酸化雰囲気下に置かれると消失してしまう。したがって、マイクロ流路６１の側壁６２にカーボンナノチューブ６３が用いられた場合、試料の化学反応によって発熱した際等に、試料近傍の温度が４００℃以上に達して、カーボンナノチューブ６３が焼失したり、試料の化学反応によって、マイクロ流路６１の内部が酸化雰囲気下になると、カーボンナノチューブ６３が消失したりして、マイクロ流路６１の側壁６２が崩壊するおそれがある。マイクロ流路６１の側壁６２が崩壊すれば、マイクロリアクターが破損してしまうという問題点がある。

そこで、本発明は、化学反応させる試料がマイクロ流路の側壁が崩壊して破損することを防止できるマイクロリアクター及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のマイクロリアクターは、基板と、側壁と、前記基板と前記側壁とで形成されたマイクロ流路とを備え、前記側壁は、複数のカーボンナノチューブと、耐酸化性を有する材料とで形成されており、前記カーボンナノチューブは、前記基板上に配列され、かつ波形状に伸長して、隣り合う前記カーボンナノチューブ同士が部分的に接触しており、前記耐酸化性を有する材料は、前記カーボンナノチューブ同士の空隙を充填し、かつ前記カーボンナノチューブの表面を覆っていることを特徴とする。

また、本発明のマイクロリアクターの製造方法は、基板に、波形状に伸長する複数のカーボンナノチューブを、隣り合う前記カーボンナノチューブ同士が部分的に接触するように生成する工程と、マイクロ流路となる予定の箇所の、前記カーボンナノチューブを除去する工程と、ＳｉＣ前駆体を前記カーボンナノチューブ同士の空隙に充填し、かつ前記ＳｉＣ前駆体で前記カーボンナノチューブの表面を覆う工程と、前記マイクロ流路となる箇所の、前記ＳｉＣ前駆体を除去する工程と、前記ＳｉＣ前駆体を焼結して固化させる工程と、を有することを特徴とする。

本発明のマイクロリアクターによれば、マイクロ流路の側壁に空隙がないため、化学反応させる試料が気体であったとしても、マイクロリアクターから試料が漏れてしまうことを防止できる。そのため、化学反応させる試料が気体であっても適用することができる。

また、隣り合うカーボンナノチューブ同士が部分的に接触しており、その空隙が耐酸化性を有する材料で充填されており、かつ、カーボンナノチューブの表面が耐酸化性を有する材料で覆われているため、カーボンナノチューブ同士、およびカーボンナノチューブと基板とが固められて、カーボンナノチューブが基板から剥離することを防止できる。そのため、カーボンナノチューブが基板から剥離することによってマイクロ流路の側壁が崩壊することを防止でき、ひいてはマイクロリアクターの破損を防止できる。

また、マイクロ流路の側壁として、高熱伝導率のカーボンナノチューブが採用されており、このカーボンナノチューブが隣り合うカーボンナノチューブと部分的に接触しているため、カーボンナノチューブ同士が互いに伝熱し合う。そのため、カーボンナノチューブ同士が接触しない場合と比較して、より効率よくマイクロ流路内とマイクロリアクターの外部とで熱交換ができる。

さらに、カーボンナノチューブが耐酸化性を有する材料で覆われているため、カーボンナノチューブが耐酸化性を有する材料に保護されて、カーボンナノチューブの焼失・腐食を防止することができる。これにより、試料の化学反応によって、カーボンナノチューブが高温となったり、酸化雰囲気下に置かれたりしても、マイクロ流路の側壁が崩壊することを防止し、ひいては、マイクロリアクターの破損を防止できる。

本発明の実施の形態１に係るマイクロリアクターの一例を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の実施の形態１に係るマイクロリアクターの一例を示す平面図、（ｂ）は同マイクロリアクターのＡ−ＡＡ断面図である。 本発明の実施の形態１に係るマイクロリアクターの製造方法を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施の形態２に係るマイクロリアクターの一例を示す平面図、（ｂ）は同マイクロリアクターのＢ−ＢＢ断面図である。 本発明の実施の形態２に係るマイクロリアクターの製造方法を示す断面図である。 従来のマイクロリアクターを示す断面図である。

（実施の形態１）
図１および図２（ａ）（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態１に係るマイクロリアクター１０は、マイクロ流路１１を備えている。また、マイクロ流路１１は、基板Ｓと、基板Ｓの上に設置された側壁１２と、図示しない上面壁とで囲まれている。側壁１２は基板Ｓに対して垂直に形成されている。

次に、実施の形態１に係るマイクロリアクター１０の使用方法について説明する。図１に示すような、マイクロ流路１１がＹ字型となっているマイクロリアクター１０においては、化学反応前の試料Ａをマイクロ流路１１の一方の入口１１ａから供給し、化学反応前の試料Ｂをマイクロ流路１１の他方の入口１１ｂから供給することによって、マイクロ流路１１の合流地点１１ｃで試料Ａと試料Ｂとを化学反応させて、マイクロ流路１１の出口１１ｄで化学反応後の試料Ｃを得ることができる。

また、図２（ｂ）に示すように、マイクロ流路１１の側壁１２は、カーボンナノチューブ３０とＳｉＣ焼結体３１とで形成されている。
カーボンナノチューブ３０は基板Ｓ上に複数配列されており、カーボンナノチューブ３０の根本はそれぞれ一定の間隔がおかれている。また、カーボンナノチューブ３０はそれぞれ波形状に伸長しており、カーボンナノチューブ３０は隣り合うカーボンナノチューブ３０と接触する箇所と、接触しない箇所を有している。

そして、カーボンナノチューブ３０同士が接触しない箇所（以下、カーボンナノチューブ同士の空隙と称す。）は、耐酸化性を有する材料としてのＳｉＣ焼結体３１で充填されている。さらに、ＳｉＣ焼結体３１は、カーボンナノチューブ３０の表面を覆っている。

なお、図１および図２（ａ）（ｂ）では、マイクロ流路１１の形状がＹ字型となっているが、これに限定されず、Ｔ字型やＪ字型など他のマイクロ流路の形状を採用してもよい。また、マイクロリアクター１０には、マイクロ流路１１のフタとなる上面壁が設置されるが、図面においては、この上面壁を省略している。

基板Ｓ及び上面壁は、ガラスやセラミックなどが用いられる。
また、マイクロ流路１１の内部とマイクロリアクター１０の外部とで効率よく熱交換させるために、基板Ｓや上面壁に、ガラスやセラミックより高い熱伝導性を有する材料、例えばＣｕ等（試料に応じて選択）を用いても良い。

なお、特許文献１に記載のマイクロリアクターでは、カーボンナノチューブ６３同士に間隔があるためマイクロ流路６１の内部とマイクロリアクターの外部とを熱交換したい場合は、基板Ｓや上面壁にＣｕなどの高い熱伝導率を有する材料を用いることが望ましいが、試料によっては腐食などの問題がある。一方、本実施の形態に係るマイクロリアクター１０では、マイクロ流路１１の側壁１２として複数のカーボンナノチューブ３０が用いられ、隣り合うカーボンナノチューブ３０同士が部分的に接触しているため、カーボンナノチューブ３０同士が互いに伝熱し合って、マイクロ流路１１の内部とマイクロリアクター１０の外部とで効率よく熱交換することができる。そのため、マイクロ流路１１の基板Ｓや上面壁としては、高い熱伝導率を有する材料を用いることは必須ではなく、試料に対して安定的なガラスやセラミックなども用いることができる。

以下、実施の形態１に係るマイクロリアクター１０の製造方法を図３（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、基板Ｓの面に対して垂直に配列するように、基板Ｓに波形状のカーボンナノチューブ３０を生成する。波形状のカーボンナノチューブ３０の生成方法は、例えば、ＣＶＤ法（化学気相成長法）が挙げられる。ＣＶＤ法は、鉄やニッケルなどの触媒粒子を有する基板Ｓにアセチレン等の原料ガスを供給することで、触媒粒子上にカーボンナノチューブを成長させる方法である。原料ガスの濃度は、１０％〜２０％で、残りは不活性ガスである。触媒粒子は基板Ｓ上に、鉄やニッケル等の触媒をコーティングし、その後加熱することで得ることができる。触媒粒子のサイズは５〜５０ｎｍ、より好ましくは１０〜３０ｎｍである。

基板Ｓ上に設置した触媒粒子の間隔に応じて、カーボンナノチューブ３０の根本同士の間隔を制御することができる。この時のカーボンナノチューブ３０の根本同士の間隔は、隣り合うカーボンナノチューブ３０同士が部分的に接触するように波形状の振幅よりも小さくしておく。カーボンナノチューブ３０同士が接触しない箇所は空隙となる。

カーボンナノチューブ３０の長さは、カーボンナノチューブを成長させる時間を調節することによって制御することができる。ＣＶＤ法による成長時間は、例えば１０〜３０分程度である。このようにして生成されたカーボンナノチューブ３０は、ある程度の振幅をもった波形状となる。また、カーボンナノチューブ３０は、多層カーボンナノチューブで、層の数は３〜１０層程度となる。

次に、図３（ｂ）に示すように、マイクロ流路となる予定の箇所のカーボンナノチューブ３０を除去する。カーボンナノチューブ３０の除去方法は、マイクロ流路となる予定の箇所に、レーザー、電子線、プラズマ等の高エネルギー体を照射する方法や、微細な針をマイクロ流路となる予定の箇所に沿うように移動させて、直接カーボンナノチューブ３０を取り払う等のメカニカルな方法が挙げられる。

そして、図３（ｃ）に示すように、ＳｉＣ前駆体３２をカーボンナノチューブ３０同士の空隙に充填する。充填する方法は、水やエタノール等の液体中にＳｉＣ前駆体３２を分散させて、この液体をカーボンナノチューブ３０同士の空隙に染み込ませる。具体的には、この液体にカーボンナノチューブ３０と基板Ｓを含んだ構造物を浸漬させたり、この液体をカーボンナノチューブ３０と基板を含んだ構造物に滴下したりしてカーボンナノチューブ３０同士の空隙にＳｉＣ前駆体を染み込ませる。

ＳｉＣ前駆体３２をカーボンナノチューブ３０同士の空隙に侵入させやすくするため、染み込ませる液体の粘度は０．０１Ｐａ・ｓ以下とし、ＳｉＣ前駆体３２となる粒子のサイズは、カーボンナノチューブ３０同士の間隔に対して３分の１以下とする。

ＳｉＣ前駆体３２を分散させた液体をカーボンナノチューブ３０同士の空隙に染み込ませた後、その液体を乾燥させる。乾燥の温度は、液体がエタノールの場合、８０℃程度である。このとき、超音波振動や真空脱気を行うことによって、より効率よくＳｉＣ前駆体３２をカーボンナノチューブ３０同士の空隙に染み込ませることができる。

また、このようにＳｉＣ前駆体３２を分散させた液体を染み込ませて、乾燥させる工程を３回以上繰り返して、ＳｉＣ前駆体３２の充填率を向上させる。このようにして、ＳｉＣ前駆体３２の充填率を９０％以上となるようにする。

その後、図３（ｄ）に示すように、マイクロ流路となる予定の箇所に堆積したＳｉＣ前駆体３２を除去する。ＳｉＣ前駆体３２の除去方法は、ブロワ―や微細な針をマイクロ流路となる予定の箇所に沿うように移動させて、直接ＳｉＣ前駆体３２を除去する。カーボンナノチューブ３０同士が部分的に接触している空隙に入り込んだＳｉＣ前駆体３２と比較して、マイクロ流路となる予定の箇所に堆積しただけのＳｉＣ前駆体３２は容易に除去することができる。

最後に、図３（ｅ）に示すように、ＳｉＣ前駆体を焼結して固化させて、カーボンナノチューブ３０の空隙がＳｉＣ焼結体３１で充填された構造を得る。このとき、カーボンナノチューブ３０を基板Ｓに対して垂直な方向に加重（好ましくは、１ＭＰａ／ｃｍ^２以上で強いほど波形が大きくなる）を与えることによって、波形状のカーボンナノチューブ３０の振幅を大きくすることができる。波形状のカーボンナノチューブ３０の振幅を大きくすることにより、カーボンナノチューブ３０同士を部分的に接触させられる上、熱伝導性が向上し、さらにカーボンナノチューブ３０同士の空隙を小さくして、より密な構造とすることができる。
ＳｉＣ前駆体３２の焼結温度は１０００℃〜２０００℃とするが、高圧雰囲気下においては、低温化することが可能である。カーボンナノチューブは４００℃に達すると酸化するとされているが、この場合カーボンナノチューブ３０はＳｉＣ前駆体で覆われているため、１０００℃〜２０００℃に加熱してもカーボンナノチューブ３０が酸化することはない。

実施の形態１に係るマイクロリアクター１０によれば、マイクロ流路１１の側壁１２として、高熱伝導率のカーボンナノチューブ３０が採用されており、このカーボンナノチューブ３０が隣り合うカーボンナノチューブ３０と部分的に接触しているため、カーボンナノチューブ同士が互いに伝熱し合う。例えば、試料の化学反応によってマイクロ流路１１の内部に熱が発生した場合、その熱がマイクロ流路１１近傍のカーボンナノチューブ３０に伝熱し、その熱がさらに隣のカーボンナノチューブ３０に伝熱して、カーボンナノチューブ３０同士で伝熱が連鎖して、マイクロリアクター１０の外部へと伝熱できる。そのため、カーボンナノチューブ同士が接触しない場合と比較して、マイクロ流路１１の内部とマイクロリアクター１０の外部とで、より効率よく熱交換ができる。

また、カーボンナノチューブ３０同士の空隙が、ＳｉＣ焼結体３１で充填されているため、ＳｉＣ焼結体３１は基板Ｓとも固着する。したがってカーボンナノチューブ３０同士、およびカーボンナノチューブ３０と基板ＳとがＳｉＣ焼結体３１で固められて、カーボンナノチューブ３０が基板Ｓから剥離することを防止できる。そのため、カーボンナノチューブ３０が基板Ｓから剥離することによってマイクロ流路１１の側壁１２が崩壊することを防止でき、ひいてはマイクロリアクター１０の破損を防止できる。

また、カーボンナノチューブ３０がＳｉＣ焼結体３１で覆われているため、カーボンナノチューブ３０がＳｉＣ焼結体３１によって保護されて大気から遮断され、カーボンナノチューブ３０の酸化を防止することができる。これにより、カーボンナノチューブ３０が高温となって焼失してマイクロ流路１１の側壁１２が崩壊することを防止し、ひいては、マイクロリアクター１０の破損を防止できる。

また、充填材料と同じ材料でカーボンナノチューブ３０の表面が覆われているため、カーボンナノチューブ３０同士、及びカーボンナノチューブ３０と基板Ｓとが互いに結合しやすく、カーボンナノチューブ３０同士の空隙が小さくすることができる。

また、実施の形態１に係るマイクロリアクター１０によれば、化学反応させる試料が液体でも気体でも適用することができる。以下、詳細を述べる。
化学反応させる試料が液体の場合、ＳｉＣで覆われていないカーボンナノチューブがマイクロリアクターの側壁として用いられると、カーボンナノチューブは疎水性のため液体の試料をはじいて、試料がマイクロ流路の側壁との接触面積が小さくなることが考えられる。試料が側壁と接触しなければ、試料が化学反応によって生じる発熱や吸熱について、マイクロ流路の内部とマイクロリアクターの外部とで効率よく熱交換をすることができないという問題がある。

この点、実施の形態１に係るマイクロリアクター１０では、マイクロ流路１１の側壁１２に、カーボンナノチューブ３０を用いて、カーボンナノチューブ３０がＳｉＣ焼結体３１で覆われているため、ＳｉＣはカーボンナノチューブと比較して表面エネルギーが大きいことから、ＳｉＣ焼結体３１は試料をはじくことなく試料と接触する。そのため、試料の化学反応によって発熱や吸熱が起こっても、マイクロ流路１１の内部とマイクロリアクター１０の外部とで効率よく熱交換を行うことができる。

次に化学反応させる試料が気体の場合について説明する。例えば、特許文献１に記載のマイクロリアクターでは、図６に示すように、カーボンナノチューブ６３同士に間隔があるが、この間隔に液体の試料が流れないようになっている。これは、化学反応させる試料が液体の場合は、カーボンナノチューブ６３が液体をはじくことに基づく。しかし、化学反応させる試料が気体の場合は、カーボンナノチューブ６３同士の間隔を試料が流れてしまう。そして、カーボンナノチューブ６３同士の間隔に試料が流れると、マイクロリアクターから気体の試料が漏れ出してしまうことが考えられる。

この点、本発明の実施の形態１に係るマイクロリアクター１０によれば、マイクロ流路１１の側壁１２に空隙がないため、化学反応させる試料が気体であったとしても、マイクロリアクター１０から試料が漏れてしまうことを防止できる。そのため、化学反応させる試料が気体であっても適用することができる。

また、マイクロ流路を作成する方法としては、実施の形態１に係るマイクロ流路１１の作成方法の他に、カーボンナノチューブを成長させる触媒粒子を、メタルマスク等を用いてパターン成膜し、その後、カーボンナノチューブを成長させることによって、マイクロ流路を作成する方法がある。

この点、実施の形態１に係るマイクロリアクター１０の製造方法によれば、メタルマスクを必要としない。また、微細な針の２次元操作等によってマイクロ流路１１を作成することができるため、容易であり、任意の形状・場所にマイクロ流路を作成することができる。

次に実施の形態１に係るマイクロリアクターの具体的な態様を説明する。
カーボンナノチューブ３０の太さは、１０ｎｍ以上とすることが望ましい。カーボンナノチューブ３０の太さが１０ｎｍよりも小さい場合は、カーボンナノチューブ３０の強度が弱く、湾曲しやすい。そのため、カーボンナノチューブ３０同士の空隙にＳｉＣ前駆体を染み込ませる際に、カーボンナノチューブ３０同士がバンドル化するおそれがあるためである。カーボンナノチューブ同士がバンドル化すると、カーボンナノチューブ同士の空隙の大きさがバラバラになり、ＳｉＣ前駆体の充填が困難となる。

カーボンナノチューブ３０の長さは、設計したマイクロ流路１１の高さに応じて決定すればよく、例えば、５０μｍである。カーボンナノチューブ３０の長さは、カーボンナノチューブ３０の成長時間を調節することにより、制御することができる。

カーボンナノチューブ３０の根本同士の間隔は、例えば１０ｎｍである。また、波形状のカーボンナノチューブ３０の振幅は、隣り合うカーボンナノチューブ３０同士が部分的に接触する構造とするため、カーボンナノチューブ３０同士の間隔の半分以上とすればよく、例えば、５ｎｍ以上である。
（実施の形態２）
図４（ａ）（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態２に係るマイクロリアクター４０は、隣接流路２０を備えている。隣接流路２０は、マイクロ流路１１と仕切壁２１で隔てられている。

仕切壁２１は側壁１２と同様に、波形状のカーボンナノチューブ３０と、その空隙を充填するＳｉＣ焼結体３１とで形成されている。また、隣り合うカーボンナノチューブ３０同士は部分的に接触している。マイクロ流路１１、側壁１２、基板Ｓの構成については、実施の形態１と同様であるため、その詳しい説明は省略する。

次に、実施の形態２に係るマイクロリアクター４０の製造方法について図５（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、基板Ｓに波形状のカーボンナノチューブ３０を生成する。カーボンナノチューブ３０の具体的な生成方法については実施の形態１と同様である。

次に、図５（ｂ）に示すように、マイクロ流路となる予定の箇所、および隣接流路となる予定の箇所のカーボンナノチューブ３０を除去する。隣接流路となる予定の箇所のカーボンナノチューブ３０を除去する点が、実施の形態１と相違する。カーボンナノチューブ３０の具体的な除去方法については、実施の形態１と同様である。

そして、図５（ｃ）に示すように、カーボンナノチューブ３０同士の空隙にＳｉＣ前駆体３２を充填する。ＳｉＣ前駆体３２の具体的な充填方法については実施の形態１と同様である。

次に、図５（ｄ）に示すように、マイクロ流路となる予定の箇所、および隣接流路となる予定の箇所のＳｉＣ前駆体３２を除去する。隣接流路となる予定の箇所のＳｉＣ前駆体３２を除去する点が、実施の形態１と相違する。ＳｉＣ前駆体３２の具体的な除去方法については、実施の形態１と同様である。

最後に、図５（ｅ）に示すように、ＳｉＣ前駆体を焼結してＳｉＣ焼結体３１として固化させる。ＳｉＣ前駆体の具体的な焼結方法については、実施の形態１と同様である。
実施の形態２に係るマイクロリアクター４０によれば、例えば、隣接流路２０に冷水や熱水、または高温ガス等を供給することによって、試料同士の化学反応を補助することができる。以下詳細を述べる。

例えば、試料を化学反応させるために熱が必要な場合（吸熱反応の場合）は、温水や高温ガスを隣接流路２０に供給する。試料を化学反応させることによって熱が発生する場合（発熱反応の場合）は、冷水を隣接回路２０に供給する。これにより、試料同士の化学反応を補助することができる。すなわち、隣接流路２０に冷水や熱水、または高温ガス等を供給することによって、仕切壁２１を介して隣接流路２０の内部とマイクロ流路１１の内部とで伝熱し合い、マイクロ流路１１の内部の温度を制御することができる。これにより、化学反応の反応速度を向上させたり、安定させたりすることができる。

仕切壁２１は、マイクロ流路１１と隣接流路２０とを隔てるため、試料と隣接流路２０を通過する冷水等とが混ざり合うことを防止している。また、仕切壁２１は、カーボンナノチューブ３０が用いられており、カーボンナノチューブ３０同士が部分的に接触しているため、カーボンナノチューブ３０同士が互いに伝熱し合う。そのため、マイクロ流路１１の内部と隣接流路２０を通過する冷水等とで効率よく熱交換を行うことができる。

また、実施の形態２に係るマイクロリアクター４０の製造方法によれば、実施の形態１に係るマイクロリアクターの製造方法と同様に、メタルマスク等によってカーボンナノチューブの触媒のパターン成膜を行わないため、メタルマスク等を必要とせず、さらに、任意の形状・場所に隣接流路２０を形成することができる。

また、実施の形態２に係るマイクロリアクター４０は、実施の形態１のマイクロリアクター１０と同様の構成を有するため、実施の形態１のマイクロリアクター１０と同様の効果を奏することができる。すなわち、マイクロ流路１１の側壁１２としてカーボンナノチューブ３０が用いられており、隣り合うカーボンナノチューブ３０同士が部分的に接触して、カーボンナノチューブ３０同士の空隙がＳｉＣ焼結体３１で充填されている。これにより、マイクロ流路１１の内部とマイクロリアクター１０の外部とで効率よく熱交換を行うことができ、さらにマイクロ流路１１の側壁が崩壊してマイクロリアクター１０が破損することを防止できる。

なお、実施の形態１および２に係るマイクロリアクターでは、カーボンナノチューブ３０同士の空隙を充填する材料として、ＳｉＣ焼結体３１を用いることを述べたが、耐酸化性を有する材料であれば、ＳｉＣに限定されず、他の材料であってもマイクロ流路が崩壊する可能性を低下させることができる。

耐酸化性を有する材料としては、無機物に限られず、例えばシリコン樹脂のような有機物も含まれる。この場合、耐久性は低下するが、焼結の工程を省略することができる。

１０ マイクロリアクター
１１ マイクロ流路
１２ 側壁
２０ 隣接流路
２１ 仕切壁
３０ カーボンナノチューブ
３１ ＳｉＣ焼結体
３２ ＳｉＣ前駆体

Claims (5)

1. 基板と、
   側壁と、
   前記基板と前記側壁とで形成されたマイクロ流路とを備え、
   前記側壁は、複数のカーボンナノチューブと、耐酸化性を有する材料とで形成されており、
   前記カーボンナノチューブは、前記基板上に配列され、かつ波形状に伸長して、隣り合う前記カーボンナノチューブ同士が部分的に接触しており、
   前記耐酸化性を有する材料は、前記カーボンナノチューブ同士の空隙を充填し、かつ前記カーボンナノチューブの表面を覆っている
   ことを特徴とするマイクロリアクター。
2. 仕切壁によって前記マイクロ流路と隔てられた隣接流路をさらに備え、
   前記仕切壁は、前記カーボンナノチューブと、前記耐酸化性を有する材料とで形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロリアクター。
3. 前記耐酸化性を有する材料が、ＳｉＣである
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロリアクター。
4. 基板に、波形状に伸長する複数のカーボンナノチューブを、隣り合う前記カーボンナノチューブ同士が部分的に接触するように生成する工程と、
   マイクロ流路となる予定の箇所の、前記カーボンナノチューブを除去する工程と、
   ＳｉＣ前駆体を前記カーボンナノチューブ同士の空隙に充填し、かつ前記ＳｉＣ前駆体で前記カーボンナノチューブの表面を覆う工程と、
   前記マイクロ流路となる箇所の、前記ＳｉＣ前駆体を除去する工程と、
   前記ＳｉＣ前駆体を焼結してＳｉＣ焼結体として固化させる工程と、を有する
   ことを特徴とするマイクロリアクターの製造方法。
5. 前記マイクロ流路となる予定の箇所の、前記カーボンナノチューブを除去する工程の際に、前記マイクロ流路と隔てられた隣接流路となる予定の箇所の前記カーボンナノチューブを除去し、
   前記マイクロ流路となる予定の箇所の、前記ＳｉＣ前駆体を除去する工程の際に、前記隣接流路となる予定の箇所の前記ＳｉＣ前駆体を除去する
   ことを特徴とする請求項４に記載のマイクロリアクターの製造方法。