微反应器基本结构与常用材料

1 基本结构

微反应器在结构上通常采取分层结构，先以亚单元构成单元，再以单元构成较大单元，等等。

这一特性有别于传统化工装置，它便于微反应器方便地扩展生产规模，以“数增放”的方式(而非传统的规模放大)。微细结构以不同的方式排列(多为交叉形式)，加上周遭的进出口，构成微部件；微部件与管道连接，再加上支撑部分，构成微单元；微单元常采用堆叠形式，特别是在气相反应器中，当用器室将微单元封闭起来时，构成微装置，是微反应系统中可独立操作的最小单元，有时，在密闭器室中会有几种不同的微单元，从而形成一种复合微装置；如果将微单元串联、并联或混联，则构成微系统。

微型反应器的制作是在进行工艺计算、结构设计、强度校核后，选择合适的材料和加工方法制成微结构、微部件，然后选择合适的联接方式，将其组装成微单元和微型器件，最后通过试验验证其效果，如果达不到预期要求，则重新进行。

2常用材料

材质的选择依赖于介质和条件等因素，例如介质的腐蚀性能、工作温度、工作压力等，并且由于对不同材料的加工方法不同，会影响加工方法的选择。另外，加工方法反过来又影响到材料的选择，例如，由于精度或安全要求而必须采用某种加工方法时，必须使用与这种处理方法相适应的材料。

硅类材料在微反应器中被广泛应用。最重要的是，硅具有与钢几乎相同的优异的机械和物理性能，这能使硅更好地保持载荷-变形之间的线性关系；硅密度约为2.3g/cm3，与铝一样轻；硅的热膨胀系数非常小，仅为铝的十分之一；单晶硅可以达到7.0GPa，比不锈钢大三倍；硅具有各向异性，便于选择性腐蚀。

硅片是半导体器件制造中最常用的材料，其机电一体化特性和优良的传感特性(如光电效应、压阻效应、霍尔效应等)，使其在MEMS中被广泛应用于制造各种微传感器、微阀、微马达、微型齿轮等。但由于大多数力学模型都是以各向同性假设为基础的，其脆性对其不利，其各向异性将使力学分析变得困难。在微型反应器中，不锈钢、玻璃、陶瓷也经常使用。

不锈钢常用于某些放热的多相催化微反应器中，对于某些尺寸稍大的反应器也可采用不锈钢制造，因此加工方便，成本低，且易于与外部连接。此外不锈钢具有较好的延展性，因此成为反应器、热交换器薄片生产常用的材料。由于玻璃化学性质稳定，且有良好的生物兼容性，微反应器也有利于观察内部反应，因此玻璃在微反应器中经常被作为基底材料；陶瓷由于化学性能稳定、耐腐蚀能力强、熔点高、在高温下仍能保持尺寸稳定，因而在微反应器中常用于高温和强腐蚀的场合，其缺点是耗时长，价格昂贵。基于此，本文提出了一种利用快速成型技术和注塑模具技术，实现快速、准确的陶瓷微反应器的制作，并成功制备了具有亚毫米级内部特征尺寸的陶瓷微反应器。塑料、聚合物等其他材料在光刻电镀和压模成形等工艺出现以后，也在微反应器中得到了越来越广泛的应用。