الرفع بالموجات فوق الصوتية وتطبيقاته الصناعية

الرفع بالموجات فوق الصوتية / الرفع الصوتي خيار مثبت صناعيًا لإسناد المواد الحساسة خفيفة الوزن دون تلامس، وكذلك لمناولة العينات دون تلامس. تعرّف على المزيد عن الرفع بالموجات فوق الصوتية وتطبيقاته في الصناعة والعلوم!

تطبيقات الرفع بالموجات فوق الصوتية

الرفع الصوتي طريقة مثبتة علميًا ومعتمدة صناعيًا لمناولة المواد وتحديد مواضع العينات دون تلامس. يُستخدم الرفع بالموجات فوق الصوتية بوصفه طريقة للمناولة دون تلامس لتحريك قطع العمل الهشة والحساسة سطحيًا، مثل الرقائق والرقائق الإلكترونية الدقيقة أو الألواح الزجاجية الرقيقة، دون تأثير ميكانيكي. وبفضل مناولة المواد والعينات دون تلامس، اعتُمد الرفع بالموجات فوق الصوتية في التطبيقات الصناعية والعلمية والتحليلية.
في الصناعة، يُستخدم الرفع بالموجات فوق الصوتية بوصفه طريقة موثوقة لمعالجة الرقائق الإلكترونية الدقيقة وغيرها من الأجسام الصغيرة والدقيقة دون تلامس ودون أوعية، إذ تكون هذه الأجسام عرضة للتلف حتى من التلامس المادي الخفيف. ومن مجالات التطبيق الأخرى مناولة المواد فائقة النقاوة أو المتفاعلات الكيميائية التي قد تتأثر بالوعاء.

في الكيمياء، يمكن للقطيرات المعلّقة أن تعمل كأوعية تفاعل مصغّرة، مما يتيح للباحثين جمع الكواشف ومراقبة التفاعلات مع تقليل التلوث الناجم عن جدران الأوعية.
يستخدم علماء المواد العينات المرفوعة لدراسة التبخر والتبلور وتكوّن الجسيمات، بينما يستطيع الباحثون في مجال التحليل فحص العينات المعلّقة باستخدام التقنيات البصرية والطيفية.
تدعم أنظمة المناولة الصوتية المتخصصة أيضًا نقل المكونات الهشة، بما في ذلك رقائق السيليكون والرقائق الإلكترونية الدقيقة والزجاج الرقيق، مع تقليل خطر التلف الميكانيكي.
بالنسبة إلى الروبوتات السائلة المدرّعة بالجسيمات (PBs)، يوفّر الرفع الصوتي اتجاهًا بحثيًا واعدًا: نقل الكواشف المغلّفة، وجمع القطيرات لإجراء تفاعلات مضبوطة، ونقل الروبوتات بين محطات المعالجة مع تقليل التلامس مع الأسطح المحيطة إلى أدنى حد. اقرأ المزيد عن الرفع الصوتي للروبوتات السائلة المدرّعة بالجسيمات!
 

مبدأ عمل الرفع بالموجات فوق الصوتية

يشير الرفع الصوتي إلى تطبيق الموجات فوق الصوتية على مائع، عادةً ما يكون غازًا (مثل الهواء). عندما تنتقل الموجة فوق الصوتية عبر الغاز، تعادل الموجة الصوتية قوة الجاذبية – مما يتيح للأجسام التحليق في الهواء دون إسناد. ويتطلب هذا التأثير، المتمثل في طفو جسم بحرية في موجة صوتية، ظاهرة الموجة الواقفة. تتشكّل الموجة الواقفة عندما تتراكب موجتان متطابقتان قادمتان من اتجاهين متعاكسين. لذلك، يُستخدم في منظومة الرفع الصوتي محوّل فوق صوتي لتوليد موجات ضغط طولية، ويعكس عاكس على الجانب الآخر هذه الموجات، بحيث تتراكب الموجات المتطابقة القادمة من الجانبين وتشكّل موجات واقفة.

العقد والبطون: تتيح موجة الضغط الطولية للموجات فوق الصوتية الشديدة التحليق في الهواء دون تلامس. وتحتوي هذه الموجات فوق الصوتية الواقفة على عقد محددة. والعقدة هي منطقة أدنى ضغط، بينما يُعرّف البطن بأنه منطقة أقصى ضغط. وتؤدي عقد الموجة الواقفة دورًا محوريًا في الرفع الصوتي.
تعمل أجهزة الرفع بالموجات فوق الصوتية بوضع مجال الموجة الواقفة فوق مسبار فوق صوتي (أي سونوترود) واستخدام عاكس.

معدات الرفع بالموجات فوق الصوتية

تتمتع Hielscher Ultrasonics بخبرة طويلة وواسعة في تصميم معدات الموجات فوق الصوتية عالية الجودة والأداء وتصنيعها وتوزيعها. وللرفع الصوتي، تقدّم Hielscher نوعين قياسيين من أجهزة الرفع:
 

• UP100H – جهاز رفع بتردد 30kHz وقدرة 100 W
• UP400ST – جهاز رفع بتردد 24kHz وقدرة 400W
• UIP500hdT – جهاز رفع بتردد 20kHz وقدرة 500W

معالج الموجات فوق الصوتية UP400St نظام مدمج يجمع المحوّل والمولّد في غلاف متين. ويتميز جهاز الرفع UIP500hdT القوي بقدرة 500 واط بمحوّل ومولّد منفصلين. وبفضل محوّله ذي تصنيف IP64، يُعدّ UIP500hdT مثاليًا للتركيب في البيئات ذات المتطلبات الصعبة.
يمكن تركيب أجهزة الرفع بالموجات فوق الصوتية كوحدة منفردة أو على التوازي، ويمكنها العمل في خطوط معالجة عالية السرعة ومعدلات المعالجة.
وللمتطلبات الخاصة، تصمّم Hielscher Ultrasonics أيضًا أجهزة رفع مخصصة وذات تصميمات خاصة وتصنّعها.

المؤلفات / المراجع

• Hyobin Jeon, K. Park, j.-Y. Sun, H.-Y. Kim (2025): Particle-armored liquid robots. Science Advances Volume 11, Issue 12, 21 Mar 2025.
• Andrade, M.A.B.; Pérez, N.; Adamowski, J.C. (2018): Review of Progress in Acoustic Levitation. Brazilian Journal of Physics 48, 2018. 190–213.
• Malte Junk, Jörn Hinrichs, Fritz Polt, Jonas Fechner, Werner Pauer (2020): Quantitative experimental determination of evaporation influencing factors in single droplet levitation. International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 149, 2020.
• Junk, Malte (2019): Tropfenverdunstung im akustischen Levitator. Dissertation Universität Hamburg. Fachbereich Chemie der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, Universität Hamburg 2019.