KR102380815B1 - 화학 반응기의 제조 - Google Patents

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Abstract

화학 반응기의 제조 방법. 상기 화학 반응기는 기둥 구조물을 포함하는 하나 이상의 유효 채널, 유체/기체가 유효 채널로 유입되도록 하기 위해서 상기 유효 채널 중 하나에 연결된 유입구 및 액체/기체의 적어도 1종의 성분을 제거하기 위해서 상기 유효 채널 중 하나에 연결된 유출구를 포함한다. 상기 방법은 상기 반응기의 초기 설계를 수득하는 단계, 상기 초기 설계의 모서리에 위치된 상기 하나 이상의 유효 채널의 유효 채널에 인접하게 배치되고, 상기 유효 채널 중 하나에 유체적으로 연결되지 않은 적어도 구조화된 면적을 상기 초기 설계에 더 도입하여 추가 설계를 수득하는 단계, 및 상기 추가 설계에 따른 상기 반응기를 제조하는 단계를 포함한다.

Description

화학 반응기의 제조
본 발명은 일반적으로 화학 반응기, 예컨대, 예를 들어, 크로마토그래피 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 화학 반응 제조 기술뿐만 아니라 생성된 화학 반응기, 예를 들어, 미세구조화 기둥 구조물(microfabricated pillar structure)을 또한 임의로 포함할 수 있는 다수의 평행한 채널을 갖는 화학 반응기에 관한 것이다.
액체 전파를 활용하는 시스템은 화학 성분 제조, 나노입자 합성, 성분의 분리 및/또는 추출 등을 비롯한 상당한 수의 응용을 갖는다. 예를 들어, 혼합물을 정확하게 분석할 수 있게 하기 위해서, 혼합물을 분리하는 분리 기술의 구체적인 예는 크로마토그래피이다. 다양한 형태의 크로마토그래피, 예컨대, 기체 크로마토그래피, 젤 크로마토그래피, 박막 크로마토그래피, 흡착 크로마토그래피, 친화성 크로마토그래피, 액체 크로마토그래피 등이 존재한다.
액체 크로마토그래피는 분석 및 제조 응용 둘 모두를 위해서 약학 및 화학에서 전형적으로 사용된다. 액체 크로마토그래피에서, 상이한 물질과 이동상 및 고정상의 친화도 차이를 사용한다. 각각의 물질은 고정상에 대한 이의 자신의 "접착력"을 갖기 때문에, 이것은 이동상을 따라서 더 빠르게 또는 더 느리게 이동하고, 따라서 나머지 것으로부터 특정 물질을 분리한다. 그것은 기본적으로 임의의 결합에 적용 가능하고, 그 물질의 증발이 필수적이지 않고, 온도 변화의 차이가 무시할 정도의 효과 만을 갖는다는 이점을 갖는다.
액체 크로마토그래피의 전형적인 예는 미세구조화 칼럼으로 충전된 하나 이상의 채널을 기반으로 하는 크로마토그래피 칼럼을 기반으로 한다. 액체 크로마토그래피에서의 이의 도입 이래로, 미세구조화 칼럼을 기반으로 하는 크로마토그래피 칼럼은 패킹층 구조물(packed bed structure) 및 모놀리식 시스템(monolithic system)을 기반으로 하는 시스템에 대한 가치 있는 대안인 것으로 증명되었다. 미세구조화 칼럼은 높은 균일도로 적용되고, 완벽하게 배열될 수 있기 때문에, 유동 경로 또는 '에디 분산(Eddy dispersion)'의 차이로부터 초래하는 분산이 거의 완전하게 회피될 수 있다. 이러한 원리는 액체 플러그 전파를 기반으로 하는 화학 반응기에서 보다 일반적으로 적용 가능하다.
예를 들어, 국제 특허 출원 제WO2014/122592호에 기술된 바와 같이 칼럼의 벽 및 채널의 중심에서의 유량 차이 - 중심에서와 같이 모서리에서 기둥 구조물이 동등하게 정확하게 생성된다고 가정함 -에 의해서 유발된 모서리 효과의 문제가 공지되어 있지만, 기둥 구조물을 갖는 칼럼의 효율의 모든 편차가 이것에 의해서 설명될 수 있는 것은 아닌 것으로 보인다.
예를 들어, 다수의 평행한 채널(전형적으로 높은 분리력을 갖지만 사용되는 기판(substrate)의 길이가 제한된 긴 칼럼을 생성시키도록 선택됨)을 갖는 구조에서, 외부 채널에서의 분리 효율은 구조물의 보다 중심에 위치된 채널에서의 효율보다 전형적으로 더 낮다고 결정되었다.
결론적으로, 개선된 효율 또는 균일성을 갖는 칼럼에 대한 요구가 존재한다.
본 발명에 따른 실시형태의 목적은, 하나 이상의 채널을 갖는 화학 반응기뿐만 아니라 제조 방법을 제공하는 것이며, 칼럼의 모든 채널에서의 효율은 대등하다. 이러한 화학 반응기의 구체적인 일례는 예를 들어, 물질을 분리하기 위한 기둥 구조물을 갖는 크로마토그래피 칼럼이다.
놀랍게도, 하나 이상의 채널을 갖는 칼럼의 종래의 제조에서, 칼럼 구조물의 외부 모서리 상에 배치된 채널 내의 구조물이 다른 채널에 의해서 둘러싸인 채널 내의 기둥 구조물과 상이하게 형성된 것을 발견하였다.
본 발명의 실시형태의 이점은, 칼럼 구조물의 외부 채널에 의해서 둘러싸인 채널 내의 구조물과 비교할 때 칼럼 구조물의 외부 모서리 상에 위치된 채널 내의 구조물의 제조 변화에 대한 보상이 제공된다는 것이다.
본 발명의 실시형태의 이점은, 물질을 분리하기 위한 효율적인 시스템이 제조될 수 있다는 것이다.
본 발명의 실시형태의 이점은, 물질을 분리하기 위한 기둥 구조물로 충전된 다수의 평행한 채널을 갖는 시스템이 제조될 수 있다는 것이며, 여기서 구조물의 외부에 대한 채널은 적어도 하나의 다른 채널에 의해서 양면이 둘러싸인 채널과 물질의 분리에서 유사하게 효율적일 수 있다.
본 발명에 따른 실시형태의 이점은, 그것이, 채널에서 사용되는 기둥에 대한 제한을 요구하지 않으면서, 평행한 채널의 세트 내의 상이한 채널의 효율이 동등한 기둥 구조물을 갖는 시스템이 제조될 수 있게 한다는 것이다.
본 발명에 따른 적어도 일부 실시형태의 이점은, 제공된 시스템이 모든 채널에서 매우 양호한 분리력을 갖는다는 것이다.
상기 목적은 본 발명의 실시형태에 따른 장치 및 방법에 의해서 달성된다.
본 발명은 기판 상에서 구현된 화학 반응기의 제조 방법에 관한 것이며, 상기 화학 반응기는 화학 반응기의 사용 동안 액체 및/또는 기체를 수송하기 위한 하나 이상의 유효 채널을 포함하며, 채널은 구조물 또는 기둥 구조물을 임의로 포함한다. 화학 반응기는 특히 액체/기체가 유효 채널로 유입되도록 하기 위해서 하나 이상의 유효 채널에 연결된 유입구 및 유효 채널로부터 액체/기체의 적어도 1종의 성분을 제거하기 위해서 하나 이상의 유효 채널 중 하나에 연결된 유출구를 포함한다. 방법은 하나 이상의 유효 채널, 유입구 및 유출구를 갖는 화학 반응기의 초기 설계를 수득하는 단계, 추가 설계를 수득하도록, 초기 설계의 모서리에 위치된 하나 이상의 유효 채널의 유효 채널에 인접하게 배치된 구조화된 면적의 적어도 일부를 초기 설계에 추가로 도입하는 단계로서, 구조화된 면적은 유효 채널 중 하나에 유체적으로 연결되지 않은, 단계, 및 추가 설계에 따른 화학 반응기를 제조하는 단계로서, 제조 단계는 기판에서 전기 전류 밀도를 생성시키는 것을 포함하되, 구조화된 면적은 초기 설계의 외부 상에 배치된 유효 채널에서 제조 동안 전기 전류 밀도의 불균일성에 대해서 적어도 부분적으로 보상되는, 단계를 포함한다. 불균일성은 비대칭적일 수 있다.
본 발명에 따른 실시형태의 이점은, 구조화된 면적, 예를 들어, 더미(dummy) 채널을 사용함으로써, 유효 채널의 제조가 질적으로 더 양호한 방식으로 수행될 수 있다는 것이다. 따라서, 초기 설계의 외부 상에 배치된 유효 채널은 초기 설계의 중심에 배치된 유효 채널과 덜 차이가 나거나 또는 전혀 차이가 없다. 설계가 단지 하나의 유효 채널을 포함하면, 유효 채널의 모서리는 하나 이상의 더미 채널을 사용함으로써 더 정확해진다.
구조화된 면적은 유효 채널로부터 150㎛ 미만, 예를 들어, 100㎛ 미만의 위치에 배치될 수 있다.
하나 이상의 유효 채널은 복수의 실질적으로 평행한 유효 채널을 포함할 수 있고, 복수의 유효 채널은 구불구불한(meandering) 구조물에 유체적으로 서로 연결되어 있다.
구조화된 면적은 더미 채널을 포함할 수 있고, 더미 채널은 반응기의 사용 동안 액체 및/또는 기체를 수송하는 데 사용되지 않는 채널이다. 더미 채널은 전형적으로 유효 채널에 대한 연결부를 갖지 않고, 유입구 또는 유출구가 구비될 필요는 없다.
더미 채널은 유효 채널의 깊이와 동일한 깊이를 가질 수 있다. 대안적으로, 더미 채널은 유효 채널의 깊이보다 더 작거나 또는 더 큰 깊이를 가질 수 있다.
더미 채널은 상기 더미 채널이 구현되는 바로 옆의 상기 유효 채널의 다른 면에 배치된 유효 채널과 동일한 설계를 가질 수 있다.
더미 채널은 기둥 구조물을 포함할 수 있다. 더미 채널은 또한 기둥 구조물을 포함하지 않을 수 있다.
더미 채널은 상기 더미 채널이 구현되는 바로 옆의 상기 유효 채널의 다른 면에 배치된 유효 채널과 동일한 설계를 가질 수 있다.
기판에서 전기 전류 밀도를 생성시키는 것은 채널 및 기둥 구조물을 생성 또는 가공하도록 수행되고, 여기서 구조화된 면적은 초기 설계의 외부 상에 배치된 유효 채널 내의 전류 밀도가 10% 오차 범위로, 다른 유효 채널에서의 것과 동일하도록 선택된다.
추가 설계에 따른 화학 반응기를 제조하는 단계는 표면을 양극산화(anodising)시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 구조화된 면적은 구조물을 이러한 표면에 적용함으로써 자유 표면적이 확대되는 면적이다.
또 다른 양상에서, 본 발명은 상기에 기술된 바와 같은 방법에 의해서 제조된 화학 반응기에 관한 것이다. 화학 반응기는 크로마토그래피 칼럼일 수 있다.
본 발명은 추가로 기판 상에서 구현되는 화학 반응기에 관한 것이며, 상기 화학 반응기는 화학 반응기의 사용 동안 액체 및/또는 기체를 수송하기 위한 하나 이상의 유효 채널(여기서, 채널은 기둥 구조물을 임의로 포함함), 액체 및/또는 기체가 유효 채널로 유입되도록 하기 위해서 하나 이상의 유효 채널 중 하나에 연결된 유입구 및 유효 채널로부터 액체/기체의 적어도 1종의 성분을 제거하기 위해서 하나 이상의 유효 채널 중 하나에 연결된 유출구를 포함한다.
기판은 화학 반응기의 모서리에 위치된 하나 이상의 유효 채널의 유효 채널에 인접하게 배치된 구조화된 면적을 추가로 포함하고, 구조화된 면적은 유효 채널 중 하나에 유체적으로 연결되어 있지 않다.
화학 반응기는 크로마토그래피 칼럼일 수 있다.
구조화된 면적은 유효 채널로부터 150㎛ 미만에 위치될 수 있다.
하나 이상의 유효 채널은 복수의 실질적으로 평행한 유효 채널을 포함할 수 있고, 상기 복수의 유효 채널은 구불구불한 구조물에 유체적으로 서로 연결되어 있다.
구조화된 면적은 더미 채널일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 구조화된 면적은 전형적으로 반응기의 사용 동안 액체 및/또는 기체를 수송하는 데 사용되지 않는 채널이다. 더미 채널은 전형적으로 유효 채널에 대한 연결부를 갖지 않고, 유입구 또는 유출구가 구비될 필요는 없다.
더미 채널은 유효 채널의 깊이와 동일한 깊이를 가질 수 있다.
더미 채널은 상기 더미 채널이 구현되는 바로 옆의 상기 유효 채널의 다른 면에 배치된 유효 채널과 동일한 설계를 가질 수 있다.
더미 채널은 기둥 구조물을 포함할 수 있다.
더미 채널은 기둥 구조물을 포함하지 않을 수 있다.
더미 채널은 상기 더미 채널이 구현되는 바로 옆의 상기 유효 채널의 다른 면에 배치된 유효 채널과 동일한 설계를 가질 수 있다.
또 다른 양상에서, 본 발명은 또한 상기에 기술된 바와 같은 화학 반응기에 대한 설계에 관한 것이다.
또 다른 양상에서, 본 발명은 또한 상기에 기술된 바와 같은 화학 반응기에 대한 설계에 관한 것이다. 종속항의 특징부는 적절한 경우 그리고 청구범위에 명확하게 언급된 바와 같이 독립항의 특징부 및 다른 종속항의 특징부와 조합될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 화학 반응기의 설계를 나타낸 도면(화학 반응기는 더미 채널이 구비됨).
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 화학 반응기의 설계를 나타낸 도면(화학 반응기는 구조화된 표면이 구비됨).
도면은 단지 도식적이며, 비제한적이다. 도면에서, 요소의 일부의 크기는 예시적인 목적을 위해서 과장될 수 있고, 축적에 따라서 도시되지 않을 수 있다. 치수 및 상대적인 치수는 본 발명의 실시에 대한 실제 축소에 반드시 대응하는 것은 아니다. 청구범위에서의 임의의 참조 부호는 그 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 특정 실시형태 및 특정 도면을 참고로 기술될 것이지만, 본 발명은 이에 대한 제한이 아니며, 청구범위에 의해서만 제한된다.
용어 '갖는' 및 '포함하는'은 청구범위에 사용된 바와 같이 그 이전에 열거된 수단에 제한되는 것으로서 해석되어서는 안 된다는 것이 인지되어야 하고, 그것은 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않는다. 이것은 언급된 특징부, 정수, 단계 또는 성분의 존재를 명시하는 것으로 해석되어야 하지만, 하나 이상의 다른 특징부, 정수, 단계 또는 성분, 또는 이들의 군의 존재 또는 부가를 불가능하게 하지 않는다. 따라서, 표현 '수단 A 및 B를 포함하는 장치'의 범주는 성분 A 및 B로만 이루어진 장치에 제한되지 않아야 한다. 그것은 본 발명과 관련하여, 장치의 단지 관련 성분이 A 및 B임을 의미한다.
본 명세서 전체에서 '일 실시형태' 또는 '실시형태'에 대한 언급은, 그 실시형태와 관련하여 기술된 특정 특징부, 구조물 또는 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시형태에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에서 다양한 부분에서 구 '일 실시형태에서' 또는 '실시형태에서'의 예는 동일한 실시형태를 모두 지칭할 수 있지만 반드시 그러한 것은 아니다. 추가로, 특정 특징부, 구조물 또는 특징은, 본 개시내용으로부터 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명한 바와 같이, 하나 이상의 실시형태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
유사하게, 본 발명의 예시적인 실시형태의 설명에서, 본 발명의 다양한 특징부는 본 개시내용을 간소화하고, 다양한 본 발명의 양상 중 하나 이상을 이해하는 데 도움을 주려는 목적을 위해서 때로는 단일 실시형태, 도면 또는 이의 설명에서 함께 그룹화된다는 것이 인지되어야 한다. 그러나, 본 개시내용의 이러한 방법은, 청구된 발명이 각각의 청구범위에서 명확하게 언급된 것보다 더 많은 특징부를 필요로 한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 그 보다는, 하기 청구범위가 반영하는 바와 같이, 본 발명의 양상은 단일의 상기에 개시된 실시형태의 모든 특징부보다 적다. 따라서, 상세한 설명 이후의 청구범위는 본 상세한 설명에 명확하게 포함되며, 각각의 청구범위는 본 발명의 개별 실시형태로서 그 자신에 기초한다.
추가로, 본 명세서에 기술된 일부 실시형태는 다른 실시형태에 포함된 일부를 포함하지만, 다른 특징부를 포함하지 않지만, 상이한 실시형태의 특징부의 조합은 본 발명의 범주에 포함됨을 의미하고, 관련 기술 분야에서 이해되는 바와 같이 상이한 실시형태를 형성한다. 예를 들어, 하기 청구범위에서, 청구된 실시형태 중 임의의 것은 임의의 조합으로 사용될 수 있다.
본 발명의 특정 특징부 또는 양상을 기술하는 경우 특정 용어의 사용은 그 용어가 관련된 본 발명의 특징부 또는 양상의 임의의 구체적인 특징을 포함하도록 제한되는 것으로 본 명세서에서 재정립된 것을 주목해야 한다.
제1 양상에서, 본 발명은 화학 반응기의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 화학 반응기는 크로마토그래피 칼럼일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 본 발명으로부터 이로울 수 있는 화학 반응기의 다른 예는 예를 들어, 정제 필터 또는 트래핑 칼럼, 촉매(마이크로 또는 다른 것)를 갖는 반응기, 다상(multi-phase) 반응기, 연료 전지, 전기화학 반응기, 모세관 전기크로마토그래피 반응기 등이다. 본 발명으로부터 이로울 수 있는 화학 반응기는, 이의 제조 동안, 처리 단계, 예컨대, 예를 들어, 양극산화 단계가 라이브(live) 동안/전기장 하에서 수행되는 것이다. 추가로, 균일한 전기장이 사용 동안 따라서 제조 동안 바람직하게 존재하는 반응기가 이것으로부터 이익을 얻을 수 있다. 추가로, 열의 공급 균일성 및 제거가 역할을 하는 화학 반응기에서 이점이 수득된다. 구조화된 면적이 또한 이익을 제공할 수 있다. 일부 실시형태에서, 본 발명은 크로마토그래피 칼럼에 관한 것이다. 예를 들어, 이러한 칼럼의 제조 동안, 유효 채널 다음에 구조화된 면적의 사용이 상당히 이로울 수 있다. 기둥 구조물을 다공성으로 만드는 것이 공지되어 있는데, 이것은 예를 들어, 크로마토그래피를 개선시키기 위해서 칼럼에 제공된다. 이것은 시스템의 정렬된 구조물을 유지시키면서, 자유 표면적의 양을 극적으로 개선시킨다. 그러나, 전압이 인가되거나 또는 전기장 하에서 수행되는 임의의 처리 공정이 본 발명으로부터 이익을 얻을 수 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 채널의 내열성이 또한 제조 동안(또는 심지어는 작동 동안) 개별적으로 또는 전류 밀도와 조합하여 이점일 수 있다. 최적화는 이들 특징 중 하나 이상을 달성하도록 구현될 수 있다. 일부 실시형태에서, 최적화가 또한 수행될 수 있는데, 여기서 하나의 최적의 특징이 수득되지 않지만, 둘 이상의 특징(예를 들어, 제조 동안 균일한 전류 밀도 및 균일한 내열성)이 함께 개선된다.
본 발명의 실시형태에 따라서, 화학 반응기는 하나 이상의 유효 채널을 포함한다. 이러한 채널은 종종 마이크로유체 채널이다. 일부 실시형태에서, 채널은 기둥 구조물을 포함할 수 있다. 화학 반응기는 유체/기체가 유효 채널로 유입되도록 하기 위해서 하나 이상의 유효 채널 중 하나에 연결된 유입구를 추가로 포함한다. 화학 반응기는 유효 채널로부터 액체/기체의 적어도 1종의 성분을 제거하기 위해서 하나 이상의 유효 채널 중 하나에 연결된 유출구를 추가로 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따라서, 상기 방법은 하나 이상의 유효 채널, 유입구 및 유출구를 갖는 화학 반응기의 초기 설계를 수득하는 단계를 포함한다. 방법은 초기 설계의 모서리에 위치된 하나 이상의 유효 채널의 유효 채널에 인접하게 배치된 구조화된 면적의 적어도 일부를 초기 설계에 도입하는 단계 - 이 단계는 이전 단계와 동시에 수행될 수 있음 -를 추가로 포함한다. 구조화된 면적은 유효 채널 중 하나의 유체적으로 연결되지 않는다. 이러한 방식에서, 추가 설계가 수득된다. 구조화된 면적은, 제조 동안, 근처의 유효 채널 내의 전류 밀도가 가능한 균일한 것을 보장하도록 개작될 수 있다. 구조화된 면적은 - 대안적으로 또는 추가로 - 열 공급 / 열 제거가 제조 동안 또는 사용 동안 최적화되는 것을 보장하도록 개작될 수 있다. 따라서, 개선 또는 최적화된 발열 및 흡열 반응기가 수득될 수 있다. 일부 실시형태에서, 특징부 둘 모두가 동시에 개선된다. 이것은 두 특징부가 개선되지만, 특징부 중 어느 것도 절대 최적화를 달성하지 못한 반응기를 초래할 수 있다.
방법은 추가 설계에 따른 화학 반응기를 제조하는 단계를 추가로 포함한다. 기둥-기반 크로마토그래피 칼럼을 제조하기 위한 다수의 방식이 공지되어 있다. 예시의 방식에 의해서, 화학 반응기의 제조를 위한 예가 제공될 것이다.
화학 반응기의 제조를 위한 예시적인 공정은 문헌[De Malsche et al. Lab on a Chip 7 (2007) 1705-1711]에 나타나 있다. 이러한 예에서, 기둥 구조물을 갖는 크로마토그래피 칼럼을 제조하기 위한 공정이 개시되어 있다. 예시적인 공정은 칩 제조를 기반으로 하지만, 실시형태는 이에 제한되지 않는다. 예의 제1 단계에서, 300㎚ LPCVD SiN을 규소 웨이퍼 상에 침착시킨다. 후속 단계에서, RIE 에칭에 의해서 SiN 내에 추가로 제조된, 리쏘그래피에 의해서 기둥을 한정한다. 후속 단계에서, 레지스트를 제거하고, 이러한 추가 단계를 통해서 전달 채널을 한정한다. 후속 단계에서, 이러한 채널을 SiN 내에서 RIE 에칭하고, 이어서 50㎛ 보슈(Bosch) 에칭한다. 이어서 레지스트를 제거하고, 이어서 전달 채널 및 기둥 둘 모두를 규소 내에서 10㎛를 초과하게 에칭한다. 이어서, 750-㎚ 층의 알루미늄을 웨이퍼의 후면 상에 침착시키고, 웨이퍼를 홀더에 놓아서 웨이퍼의 상단면을 양극산화시킨다. 양극산화 후, 알루미늄층을 에칭시키고, 채널에 대한 피드-쓰루(feed-through) 구멍을 후면을 통해서 형성하고, 전면을 예를 들어, 포일을 사용하여 피복하여 오염을 방지한다. 생성물을 마지막으로 질산으로 세정하고, 탈이온수로 세정하고, 유리 기판에 애노드 접합(anodically bonding)시킨다.
상기에 기술된 기술은 화학 반응기에 대한 생산 방법의 단지 일례이다. 본 발명에 따른 실시형태는 이에 대한 제한이 아니다. 본 발명의 실시형태에 따른 방법은, 특정 설계가 사용된다는 것을 특징으로 하는데, 여기서 구조물은 활발하게 사용될 생성물의 외부에 제공되어 라이브 처리 단계에서 생성물의 부분의 보다 균질한 처리를 달성한다.
제2 양상에서, 본 발명은 화학 반응기에 관한 것이다. 이것은 상기에 기술된 바와 같은 방법에 따라서 제조될 수 있지만, 본 발명의 실시형태는 이에 제한되지 않는다. 본 발명은 기판 상에서 구현되는 화학 반응기에 관한 것이며, 상기 화학 반응기는 하나 이상의 유효 채널(여기서, 채널은 기둥 구조물을 임의로 포함함), 액체/기체가 유효 채널로 유입되도록 하기 위해서 하나 이상의 유효 채널 중 하나에 연결된 유입구 및 유효 채널로부터 액체/기체의 적어도 1종의 성분을 제거하기 위해서 하나 이상의 유효 채널 중 하나에 연결된 유출구를 포함한다. 기판은 화학 반응기의 모서리에 위치된 하나 이상의 유효 채널의 유효 채널에 인접하게 배치된 구조화된 면적을 추가로 포함하고, 구조화된 면적은 유효 채널 중 하나에 유체적으로 연결되어 있지 않다. 일부 실시형태에서, 구조화된 면적은 구조물의 모서리에 배치된 유효 채널에 충분히 인접하게 배치된 더미 채널이어서 제조 동안 유사한 출력 분포를 달성한다. 거리는 예를 들어, 유효 채널까지 150㎛ 미만, 예를 들어, 유효 채널까지 100㎛ 미만일 수 있다. 대안적으로, 구조화된 면적은 상부에 구조물이 제공되어 관련 기술 분야에 공지된 시스템보다 더 자유 표면적을 생성시키는 표면일 수 있다. 더미 채널은 유효 채널의 깊이와 동일한 깊이, 또는 유효 채널의 상기 깊이보다 작거나 또는 더 큰 깊이를 가질 수 있다.
반응기가 제조되는 물질은 예컨대, 관련 기술 분야에 공지된 물질에 상응할 수 있다. 전형적으로, 양극산화될 수 있는 물질이 사용된다.
채널, 및 임의의 기둥의 특징부는 관련 기술 분야에 공지된 것에 상응할 수 있다. 채널은 예를 들어, 50㎛ 내지 250㎜, 예를 들어, 50㎛ 내지 100㎜, 예를 들어, 50㎛ 내지 100㎜, 예를 들어, 50㎛ 내지 20㎜의 폭을 가질 수 있다. 채널은 2㎛ 내지 1㎜, 예를 들어, 2㎛ 내지 규소 웨이퍼의 전형적인 웨이퍼 두께의 깊이를 가질 수 있다. 기둥은 100㎚ 내지 3㎜, 예를 들어, 100㎚ 내지 100㎛의 전형적인 크기를 가질 수 있다.
도 1은 화학 반응기(100)에 대한 설계의 제1 예를 나타내는데, 여기서 칼럼 구조물(120)을 포함하는 복수의 평행한 유효 채널(110)이 제공된다. 본 발명의 설계에서, 더미 채널(130)이 또한 제공된다. 도 2는 화학 반응기(100)에 대한 설계의 제2 예를 나타내는데, 여기서, 더미 채널(130) 대신에, 구조화된 표면(140)이 제공된다. 이러한 구조화된 표면(140)은 전형적으로 존재하지만, 구조 요소를 포함하는 표준 표면으로 이루어진다. 구조 요소는 돌출부 또는 피트(pit)일 수 있다. 구조 요소는 100㎚ 내지 100㎛의 전형적인 크기를 가질 수 있다.

Claims (23)

  1. 기판(substrate) 상에서 구현되는 화학 반응기의 제조 방법으로서, 상기 화학 반응기는,
    - 상기 화학 반응기의 사용 동안 액체 및/또는 기체를 수송하기 위한 하나 이상의 유효 채널로서, 상기 채널은 기둥(pillar) 구조물을 임의로 포함하는, 상기 하나 이상의 유효 채널,
    - 액체/기체가 상기 유효 채널로 유입되도록 하기 위해서 상기 하나 이상의 유효 채널 중 하나에 연결된 유입구,
    - 상기 유효 채널로부터 상기 액체 및/또는 기체의 적어도 1종의 성분을 제거하기 위해서 상기 하나 이상의 유효 채널 중 하나에 연결된 유출구를 포함하되,
    상기 방법은,
    - 상기 하나 이상의 유효 채널, 상기 유입구 및 상기 유출구를 갖는 상기 화학 반응기의 초기 설계를 수득하는 단계,
    - 상기 초기 설계의 모서리에 위치된 상기 하나 이상의 유효 채널 중 유효 채널에 인접하게 배치되고, 상기 유효 채널 중 하나에 유체적으로 연결되지 않은 더미(dummy) 채널의 적어도 일부를 상기 초기 설계에 더 도입하여, 추가 설계를 수득하는 단계,
    - 상기 추가 설계에 따른 상기 화학 반응기를 제조하는 단계로서, 상기 기판에서 전기 전류 밀도를 생성시키는 것을 포함하되, 상기 더미 채널은 상기 초기 설계의 외부 상에 배치된 유효 채널에서 전기 전류 밀도의 불균일성에 대해서 제조 동안 적어도 부분적으로 보상하는, 상기 제조하는 단계를 포함하는, 화학 반응기의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 더미 채널은 상기 유효 채널로부터 150㎛ 미만에 배치된, 화학 반응기의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 유효 채널은 복수의 평행한 유효 채널을 포함하되, 상기 복수의 유효 채널은 구불구불한(meandering) 구조물에 유체적으로 서로 연결된, 화학 반응기의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 더미 채널은 상기 반응기의 사용 동안 액체 및/또는 기체를 수송하는 데 사용되지 않는 채널인, 화학 반응기의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 더미 채널은 상기 유효 채널의 깊이와 동일한 깊이를 갖는, 화학 반응기의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 더미 채널은 상기 유효 채널의 깊이보다 더 작거나 또는 더 큰 깊이를 갖는, 화학 반응기의 제조 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 더미 채널은 상기 더미 채널이 구현되는 바로 옆의 상기 유효 채널의 다른 면에 배치된 유효 채널과 동일한 설계를 갖는, 화학 반응기의 제조 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 더미 채널은 기둥 구조물을 포함하는, 화학 반응기의 제조 방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 더미 채널은 기둥 구조물을 포함하지 않는, 화학 반응기의 제조 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 더미 채널은 상기 더미 채널이 구현되는 바로 옆의 상기 유효 채널의 다른 면에 배치된 유효 채널과 동일한 설계를 갖는, 화학 반응기의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제6항, 제8항, 제9항 중 어느 항에 있어서, 상기 기판에서 상기 전기 전류 밀도를 생성시키는 것은 상기 채널 및 상기 기둥 구조물을 형성 또는 가공하도록 수행되고, 상기 더미 채널은 상기 초기 설계의 상기 외부 상에 배치된 상기 유효 채널 내의 상기 전류 밀도가 10%의 오차 범위로 대칭이도록 선택되는, 화학 반응기의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제6항, 제8항, 제9항 중 어느 항에 있어서, 상기 추가 설계에 따른 상기 화학 반응기를 제조하는 상기 단계는 양극산화(anodising) 단계를 포함하는, 화학 반응기의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제6항, 제8항, 제9항 중 어느 항에 있어서, 상기 더미 채널은 구조 요소가 배열되어 유효 면적을 증가시키는 면적인, 화학 반응기의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제6항, 제8항, 제9항 중 어느 항에 따른 방법을 통해서 제조된 화학 반응기.
  15. 기판 상에서 구현되는 화학 반응기로서, 상기 화학 반응기는,
    - 상기 화학 반응기의 사용 동안 액체 및/또는 기체를 수송하기 위한 하나 이상의 유효 채널로서, 상기 채널은 기둥 구조물을 임의로 포함하는, 상기 유효 채널,
    - 상기 액체/기체가 상기 유효 채널로 유입되도록 하기 위해서 상기 하나 이상의 유효 채널 중 하나에 연결된 유입구, 및
    - 상기 유효 채널로부터 상기 액체 및/또는 기체의 적어도 1종의 성분을 제거하기 위해서 상기 하나 이상의 유효 채널 중 하나에 연결된 유출구를 포함하되,
    상기 기판은 상기 화학 반응기의 모서리에 위치된 상기 하나 이상의 유효 채널 중 유효 채널에 인접하게 배치된 더미 채널을 더 포함하고, 상기 더미 채널은 상기 유효 채널 중 하나에 유체적으로 연결되지 않은, 화학 반응기.
  16. 제15항에 있어서, 상기 더미 채널은 상기 유효 채널로부터 150㎛ 미만에 배치된, 화학 반응기.
  17. 제15항에 있어서, 상기 하나 이상의 유효 채널은 복수의 평행한 유효 채널을 포함하되, 상기 복수의 유효 채널은 구불구불한 구조물에 유체적으로 서로 연결된, 화학 반응기.
  18. 제15항에 있어서, 상기 더미 채널은 더미 채널이거나 또는 이를 포함하는, 화학 반응기.
  19. 제18항에 있어서, 상기 더미 채널은 상기 유효 채널의 깊이와 동일한 깊이, 또는 상기 유효 채널의 상기 깊이보다 작거나 또는 더 큰 깊이를 갖는, 화학 반응기.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 더미 채널은 상기 더미 채널이 구현되는 바로 옆의 상기 유효 채널의 다른 면에 배치된 유효 채널과 동일한 설계를 갖는, 화학 반응기.
  21. 제18항에 있어서, 상기 더미 채널은 기둥 구조물을 포함하는, 화학 반응기.
  22. 제18항에 있어서, 상기 더미 채널은 기둥 구조물을 포함하지 않는, 화학 반응기.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 더미 채널은 상기 더미 채널이 구현되는 바로 옆의 상기 유효 채널의 다른 면에 배치된 유효 채널과 동일한 설계를 갖는, 화학 반응기.
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