基于聲化微反應(yīng)器的概念，從聲空化過程控制(聲場(chǎng)和氣泡場(chǎng)控制)的角度總結(jié)和總結(jié)當(dāng)前文獻(xiàn)報(bào)道的超聲微反應(yīng)器。

超聲波微反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是微反應(yīng)器與聲學(xué)相結(jié)合的硬件基礎(chǔ)，也是微反應(yīng)器中聲場(chǎng)控制的關(guān)鍵。目前，大多數(shù)超聲波微反應(yīng)器通常直接將超聲波芯片粘貼在微反應(yīng)器的外表面，并將超聲波能量傳遞給反應(yīng)器。Kuhn提出了一種新型的電壓板式超聲波微反應(yīng)器，用兩塊不銹鋼板將電壓板夾在聚四氟乙烯微反應(yīng)器板上。由于壓電陶瓷片的抗張強(qiáng)度差，這些超聲波芯片在大功率工作條件下容易破裂，輸入的超聲波功率低，只能用于生物分析和微流控制芯片領(lǐng)域。

微反應(yīng)器在化工領(lǐng)域體積較大，流體處理能力較大，單壓片輸出的超聲強(qiáng)度往往不能在所有通道中達(dá)到較好的強(qiáng)化效果。夾心式超聲交換器具有功率大、能效高、散熱好、壓片不易破裂等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于超聲清洗、超聲加工、聲化處理等領(lǐng)域。

一些研究人員還將大功率夾層換能器引入超聲波微反應(yīng)器設(shè)計(jì)。夾層超聲波傳感器和微反應(yīng)器結(jié)合的最簡單方法是將微反應(yīng)器直接浸入超聲波清洗槽中，因?yàn)榍逑床鄣某暡ㄊ怯傻撞繆A層傳感器產(chǎn)生的。許多研究人員使用這種方法來防止微反應(yīng)器中的顆粒堵塞。

用這種方法加強(qiáng)水解反應(yīng)過程中有機(jī)相和水相之間的傳質(zhì)。這種直接將微反應(yīng)器浸泡在清洗槽中的方法不僅簡單方便，而且微反應(yīng)器的尺寸遠(yuǎn)小于清洗槽，因此微反應(yīng)器中的聲場(chǎng)往往相對(duì)均勻。然而，該方法的超聲波能量傳遞效率不高，在清洗槽液體中消耗大量能量。進(jìn)入微反應(yīng)器的能耗只是超聲波清洗槽輸入總功率的一小部分。為了提高超聲波能量從夾心傳遞到微反應(yīng)器的效率，研究人員提出了一些解決方案。

將微反應(yīng)器和夾層換能器變幅桿的前端放入裝滿水的高壓釜(0.45兆帕)，利用高壓水將超聲波能量從換能器傳導(dǎo)到微反應(yīng)器。由于水在高壓下不易空化，這種反應(yīng)器的能量傳遞效率高于超聲波清洗槽。然而，該裝置龐大，操作復(fù)雜的超聲波在進(jìn)入微反應(yīng)器時(shí)通過兩個(gè)液體固定接口的反射，傳輸效率仍然很低。龍沙公司發(fā)明了將超聲波導(dǎo)入微反應(yīng)器的方法，成功用于工業(yè)化過程中的堵塞防止。該方法通過耦合裝置將超聲波直接從換能器傳輸?shù)脚c其接觸的工藝流體，通過流體將超聲波能量引入微反應(yīng)器。

由于超聲波在技術(shù)流體中衰減快，該方法只能在微反應(yīng)器的局部(入口或出口等)中引入超聲波。此外，傳感器產(chǎn)生的一些超聲波也傳播到連接的耦合裝置和管道中，導(dǎo)致能量損失和設(shè)備磨損。以上基于夾心傳感器的超聲波微反應(yīng)器輸出功率大，但超聲波通過液體介質(zhì)從傳感器表面?zhèn)鬏數(shù)轿⒎磻?yīng)器，能量效率低，微反應(yīng)器聲場(chǎng)分布不均勻。

通過上述分析，研究發(fā)現(xiàn)，如果夾芯換能器與微反應(yīng)器直接結(jié)合，即換能器表面與微反應(yīng)器外表面直接結(jié)合，可避免液體媒體和固定液體接口中超聲的能量損失，大大提高能效。根據(jù)夾心式超聲波換能器的工作原理和設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)了新的高效大功率超聲波微反應(yīng)器，將夾心式超聲波微反應(yīng)器與微反應(yīng)器直接結(jié)合，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，縱向形成半波振子(1/2波長的駐波)，微反應(yīng)器正好在駐波腹附近的ANSYS數(shù)值模擬聲場(chǎng)分布圖中證實(shí)，超聲波微反應(yīng)器的整體振動(dòng)在縱向形成半波駐波，微反應(yīng)器處于振動(dòng)幅度最大的腹部，微反應(yīng)器的整體平面振動(dòng)分布均勻。利用阻抗分析儀測(cè)量超聲波微反應(yīng)器的阻抗曲線，發(fā)現(xiàn)其諧振頻率在理論設(shè)計(jì)的20kHz附近，功率因素較高，在 500～1000 之間。利用標(biāo)準(zhǔn)量熱法測(cè)量了超聲微反應(yīng)器內(nèi)的功率密度，輸入總功率為 5～50 W 時(shí)，反應(yīng)器聲功率密度為 0.03～0.3W·ml^-1 ，與傳統(tǒng)聲化學(xué)反應(yīng)器功率密度相近。