專利名稱：用于熱循環儀的低熱容復合物的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于熱循環儀的低熱容復合物，更具體地涉及包含錫和除錫以外的金屬、納米金剛石、或其混合物的低熱容復合物。
背景技術：
由于近來的工業發展，熱輻射和加熱用電子產品的數目增多，并且用于具有極佳熱電特性的材料的技術被認為是非常重要的領域。在個人計算機的散熱部分、發光二極管(LED)的散熱器、熱循環儀的熱模塊部分領域中，其重要性變得越來越大。特別地，熱循環儀是分子診斷所必須的基礎診斷設備，并且隨著其重要性的增加，用于高速診斷的熱載體技術得到了大量關注。聚合酶鏈反應(PCR)熱循環儀是生物技術領域(特別是分子診斷領域)最重要的設備。PCR是用于DNA復制的技術，該技術由Mullis等開發于1983年。PCR用于通過使用酶來連續復制模板DNA鏈，PCR分為三個階段:變性階段，引起待被復制的雙鏈模板DNA的DNA熔解，以產生單鏈DNA ;退火階段，使引物的數十個堿基與單鏈DNA結合，使得引物識別反應起始位點，并且有助于酶促反應開始；以及延伸階段，從引物結合的位點進行DNA復制以產生完整的雙鏈DNA。通過這三個階段，在理論上，DNA的量加倍，并且如果該步驟重復進行η次，則在理論上DNA的量增加至2η倍。一般而言，將能夠控制溫度的熱模塊用作PCR熱循環儀，熱模塊根據預定的時間間隔周期性地重復溫度升高和下降，從而控制其溫度。PCR熱循環儀的核心部分是具有極佳熱性質的熱模塊。由于PCR的本質，溫度升高和下降重復進行，所以需要具有高熱導率和低熱容的熱模塊。到目前為止，熱模塊是由鋁金屬制成的，而高速PCR熱循環儀是由銀制成的。但是，用于該PCR熱循`環儀的鋁的熱容性能降低，因而，鋁難以用于高速PCR中，這是目前最大的問題。此外，銀昂貴，因而使用銀的方法造成經濟問題。因此，研究了用于解決上述問題的多種熱載體材料。同時，美國專利登記號5，795，547和美國專利公開申請號2009-0074628公開了關于熱循環儀的內容，但問題是由于使用鋁、銀、銅等引起熱容性質下降。國際申請號W02006-138586和美國專利登記號5，542，60公開了通過在聚合物上板上涂覆鋁、銅、銦、錫、Pb等，分散金屬顆粒來提高熱傳遞的方法，但熱容性質受到限制。美國專利登記號5，250，229公開了通過將鉍、銅、鉛、鋅、鐵、鈷或氧化鎳和銀或貴金屬混合而制備的模塊，但具有高生產成本的問題。此外，美國專利公開申請號2008-0003649公開了使用鎵-銦合金，但具有高生產成本的問題，以及美國專利公開申請號2008-0124722公開了使用熱管以降低溫度，但具有制造復雜的問題。
發明內容
技術問題本發明的一個目的是提供用于熱循環儀的具有可靠性、高經濟效率和優越熱性質的低熱容復合物，以克服由只有現有的PCR熱循環儀的獨特性所引起的制造和重復性方面的困難。更特別地，本發明的另一目的是提供包含錫；和除錫以外的金屬、納米金剛石、或其混合物的低熱容復合物，和通過燒結、軋制或鑄造該復合物而制造的熱容模制品。解決方案在下文中，將參照附圖對本發明的低熱容復合物進行詳細描述。待在下文中介紹的附圖是通過使得本發明的構思可以充分地傳達至本發明所屬領域技術人員的實施例而提供的，并且因而可以被放大。除非另有指明，否則應當理解，本說明書中所使用的全部術語(包括技術術語和科學術語)與本領域技術人員所理解的含義相同，此外，在下文的描述和附圖中，將不對公知的功能或構造進行詳細描述，因為它們可以不必要地模糊本發明的理解。本發明提供了包含錫；和除錫以外的金屬、納米金剛石或其混合物的低熱容復合物，以及通過燒結、軋制或鑄造該復合物而制造的低熱容模制品。本發明的低熱容復合物是用于熱循環儀的低熱容復合物，其具有可靠性、高經濟效率和優越的熱性質，該低熱容復合物包含錫；和除錫以外的金屬、納米金剛石、或其混合物。本發明的低熱容復合物的組成比為:其中，除錫以外的金屬、納米金剛石、或其混合物的含量為基于錫的0.1重量％至60重量％。通過燒結、軋制或鑄造而制造的低熱容模制品的物理特 性為:密度為5g/ml至10g/ml，熱導率為IOff/(m K)至IOOW/(m K)，熱容為
0.2J/(g K)至 1J/(g K)，以及體積熱容為1J/(cm3K)至 2J/(cm3K)。在下文中，將對本發明進行詳細描述。本發明提供了包含錫；和除錫以外的金屬、納米金剛石、或其混合物的低熱容復合物。更具體地，將除錫以外的金屬、納米金剛石、或其混合物均勻地分散于錫粉末中，對混合并分散的粉末進行燒結、軋制或鑄造以具有低熱容。這里，為了提高錫的強度和熱性質，將除錫以外的金屬、納米金剛石、或其混合物混合，然后制成合金類型。在本發明中，低熱容復合物可以以基于錫的0.1重量％至60重量％、優選為I重量％至20重量％的含量包含除錫以外的金屬、納米金剛石、或其混合物。在本發明中，納米金剛石可以是選自以下的一種或更多種:粒徑為Inm至IOnm的爆轟合成納米金剛石、粒徑為Inm至500nm的天然納米金剛石、一般合成的納米金剛石和恒壓合成金剛石，金屬可以是選自以下的一種或更多種:銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)、鉍(Bi)和銻(Sb)。更特別地，低熱容復合物可以是選自以下的一種或更多種:錫-納米金剛石-銅、錫-納米金剛石-銀、錫-銀、錫-銅、錫-招、錫-秘、錫-鋪、錫-銅-秘、錫-銀-秘、錫-銅-鋪和錫_銅-銀。在本發明中，除錫以外的金屬、納米金剛石、或其混合物的目的是克服由只有現有PCR熱循環儀的獨特性所引起的制造和重復性方面的困難，并且包含進關于沖擊強度、物理特性和機械特性、熱導率和體積熱容的提高的低熱容的考慮中。這在達到本發明的目的中具有非常重要的意義。
本發明提供了通過燒結、軋制或鑄造包含錫；和除錫以外的金屬、納米金剛石、或其混合物的低熱容復合物而制造的低熱容模制品。本發明的低熱容模制品的工藝步驟參照
圖1。在本發明中，低熱容模制品具有以下物理特性:密度為5g/ml至10g/ml，熱導率為low/(m K)至 IOOW/(m K)，熱容為 0.2J/(g K)至 IJ/(g K)，以及體積熱容為 lJ/(cm3K)至2J/(Cm3K)0低熱容模制品可以是熱循環儀的熱模塊。熱模塊參照附圖。發明的有益效果本發明的低熱容復合物是用于熱循環儀的低熱容復合物，其能夠克服由只有現有PCR熱循環儀的獨特性所引起的制造和重復性方面的困難。由于低熱容和物理特性及機械特性中的改進，本發明的低熱容復合物可以降低原材料的成本并且保持極佳的熱特性，從而在用作熱循環儀的熱模塊時顯著地縮短PCR反應時間并且節約能量。附圖的簡要說明圖1是示意性地示出本發明的包含錫、納米金剛石和其它金屬的低熱容復合物的燒結、軋制或鑄造工藝的視圖；和圖2是通過燒結、軋制或鑄造本發明的低熱容復合物而制造的熱循環儀的熱模塊的三維視圖。發明的最佳實施方式在下文中，將參照下述實施例對本發明進行詳細描述。但是，本發明不限于下述實施例，并且對于本領域技術人員而言明顯的是可以作出多種改變和變化而不脫離本發明的范圍和精神。
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[實施例1]從錫-納米金剛石-銅復合物粉末制造模制品將錫粉末、納米金剛石粉末和銅粉末的混合物在熱壓裝置中熔化并施壓，從而制造模制品。更特別地，將約1.2g的混合物粉末(其中錫粉末、納米金剛石粉末和銅粉末以90: 5: 5的比例混合)放置于由石墨制成的模具(內心直徑，12.6mm)中的上模沖與下模沖之間，然后將包含復合物粉末的模具安裝在高溫壓制裝置(D1P-20J ；DaeheungScientific Company)中的具有垂直施壓結構的壓機之間。通過使用液壓缸對復合物粉末施壓，并在230°C下熔化模制。模制在熔化溫度為230°C和保持時間為10分鐘的條件下進行。通過使用激光閃光熱量測定儀(Xenon Flash Instrument LFA447 ；NETZSCH)來分析燒結樣品,熱量測定結果列于表I中。從表I可以證實，該實施例的熱導率為15.559ff/(m K)、熱容為0.239J/(g K)以及體積熱容為1.519J/(Cm3K)，與其中單獨使用現有鋁粉末的情況相比，該體積熱容是極佳的。[實施例2至6和比較例I]從錫-納米金剛石-銅復合物粉末和鋁粉末制造模制品在與實施例1相同的條件下，通過使用高溫壓機進行模制以制備錫-納米金剛石-銅混合物復合物樣品，不同之處在于使用:錫、納米金剛石和銅的比例為85: 5: 10的混合物(實施例2);錫、納米金剛石和銅的比例為75: 5: 20的混合物(實施例3)；錫、納米金剛石和銅的比例為46: 5: 49的混合物(實施例4);錫、納米金剛石和銅的比例為94: I: 5的混合物(實施例5);錫、納米金剛石和銅的比例為89: I: 10的混合物(實施例6)。從混合到模制的工藝示意性地示于圖1中。為了比較，對通過使用鋁粉末而沒有其它粉末獲得的樣品進行熱量測定(比較例I)。在與實施例1相同的條件下對所制備的樣品進行熱量測定，熱量測定結果列于表I中。表I錫-納米金剛石-銅混合物復合物和鋁復合物的熱量測定結果
權利要求
1.一種低熱容復合物，其包含: 錫；和 除錫以外的金屬、納米金剛石、或其混合物。
2.根據權利要求1所述的低熱容復合物，其中所述低熱容復合物包含基于錫的含量為0.1重量％至60重量％的所述除錫以外的金屬、納米金剛石、或其混合物。
3.根據權利要求2所述的低熱容復合物，其中所述納米金剛石是選自以下的一種或更多種:粒徑為Inm至IOnm的爆轟合成納米金剛石、粒徑為Inm至500nm的天然納米金剛石、一般合成的納米金剛石和恒壓合成納米金剛石。
4.根據權利要求2所述的低熱容復合物，其中所述金屬是選自以下的一種或更多種:銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)、鉍(Bi)和銻(Sb)。
5.根據權利要求1或2所述的低熱容復合物，其中所述低熱容復合物是選自以下的一種或更多種:錫-納米金剛石-銅、錫-納米金剛石-銀、錫-銀、錫-銅、錫-鋁、錫-鉍、錫-鋪、錫-銅-秘、錫-銀-秘、錫-銅-鋪和錫_銅-銀。
6.一種通過燒結、軋制或鑄造權利要求1所述的復合物而制造的低熱容模制品。
7.根據權利要求6所述的低熱容模制品，其中所述低熱容模制品具有以下物理特性:密度為 5g/ml 至 10 g/ml，熱導率為 IOff/ (m K)至 IOOW/(m K)，熱容為 0.2J/(g K)至 IJ/(gK)，以及體積熱容為IJ/(Cm3K)至2J/(Cm3K)。
8.根據權利要求7所述的低熱容模制品，其中所述低熱容模制品是熱循環儀的熱模塊。
全文摘要
本發明提供了用于熱循環儀的低熱容復合物。本發明的低熱容復合物是用于熱循環儀的低熱容復合物，其能夠克服由只有現有PCR熱循環儀的獨特性所引起的制造和重復性方面的困難。由于低熱容和物理特性及機械特性的改進，本發明的低熱容復合物可以降低原材料的成本并且保持極佳的熱特性，從而在用作熱循環儀的熱模塊時顯著地縮短PCR反應時間并節約能量。
文檔編號C22C26/00GK103108938SQ201180039779
公開日2013年5月15日 申請日期2011年8月8日 優先權日2010年8月17日
發明者樸翰浯, 金在河 申請人:株式會社百奧尼