Ultrazvučna levitacija i njena industrijska primena
Ultrazvučna/akustična levitacija je industrijski dokazana opcija za beskontaktno nošenje lakih osjetljivih materijala, kao i za rukovanje uzorcima bez kontakta. Saznajte više o ultrazvučnoj levitaciji i njenoj primjeni u industriji i nauci!
Primjena ultrazvučne levitacije
Akustična levitacija je naučno dokazana i industrijski usvojena metoda za rukovanje materijalom bez kontakta i pozicioniranje uzorka. Ultrazvučna levitacija kao metoda beskontaktnog rukovanja koristi se za manipulaciju površinski osjetljivim i lomljivim radnim komadima, npr. pločicama, mikročipovima ili tankim staklenim pločama, bez mehaničkog udara. Zbog rukovanja materijalima i uzorcima bez kontakta, ultrazvučna levitacija je implementirana u industrijske, naučne i analitičke primjene.
U industriji se ultrazvučna levitacija koristi kao pouzdana metoda za beskontaknu obradu mikročipova i drugih malih, osjetljivih predmeta koji su podložni oštećenju čak i laganim fizičkim kontaktom. Drugo polje primjene je rukovanje materijalima vrlo visoke čistoće ili hemijskim reaktantima, na koje bi posuda utjecala.
Levitacijske pozicije polipropilenskih sfera u jednoosnom akustičnom levitatoru. Levitator / sonotroda na vrhu, reflektor na dnu (b) H1 = 7,45 mm; (d) H3 = 21,55 mm
(studija i slike: © Andrade et al. 2018)
- predmeti osjetljivi na fizičke sile (npr. mikročipovi)
- neprovodni materijali
- materijala visoke čistoće
- hemijski reaktanti
- biološki, analitički uzorci
- proteini za kristalografiju
Princip rada ultrazvučne levitacije
Akustična levitacija opisuje primenu ultrazvučnih talasa na fluid, obično gas (npr. vazduh). Kada ultrazvučni talas putuje kroz gas, zvučni talas uravnotežuje silu gravitacije – sa rezultatom da objekti mogu da lebde bez oslonca u vazduhu. Ovaj efekat slobodnog lebdećeg objekta u zvučnom talasu zahteva fenomen stojećeg talasa. Stojeći val nastaje kada se dva identična vala koji dolaze iz suprotnih smjerova preklapaju jedan s drugim. Stoga se u postavci akustične levitacije koristi ultrazvučni pretvarač za stvaranje uzdužnih valova pritiska, a reflektor na drugoj strani reflektira valove, tako da se identični val koji dolazi s obje strane može prekriti i formirati stajaće valove.
Akustična levitacija male krute sfere u čvoru pritiska ravnog stojećeg vala uspostavljenog između sonde/levitatora i reflektora.
(studija i slike: © Andrade et al. 2018)
Čvorovi i antinodi: Uzdužni talas pritiska intenzivnog ultrazvuka omogućava beskontaktno lebdenje u vazduhu. Takvi stajaći ultrazvučni talasi imaju definisane čvorove. Čvor je područje minimalnog pritiska, dok se antičvor definira kao područje maksimalnog pritiska. Čvorovi stojećeg talasa su u centru akustične levitacije.
Ultrazvučni levitatori rade pozicioniranjem polja stojećeg talasa preko ultrazvučne sonde (tj. sonotrode) i upotrebom reflektora.
Oprema za ultrazvučnu levitaciju
Hielscher Ultrasonics je dugogodišnji i iskusan u dizajnu, proizvodnji i distribuciji visokokvalitetne ultrazvučne opreme visokih performansi. Za akustičnu levitaciju, Hielscher nudi dvije standardne vrste levitatora:
- UP100H – levitator od 30 kHz, 100 W
- UP400St – levitator od 24 kHz, 400 W
- UIP500hdT – levitator od 20kHz, 500W
Ultrazvučni procesor UP400St je kompaktan sistem, gde su pretvarač i generator kombinovani u robusnom kućištu. Snažni levitator od 500 vati UIP500hdT ima odvojeni pretvarač i generator. Sa svojim IP64 transduktorom, UIP500hdT je idealan za instalaciju u zahtjevnim okruženjima.
Ultrazvučni levitatori se mogu instalirati kao pojedinačna jedinica ili paralelno i sposobni su za rad u brzim, visoko propusnim procesnim linijama.
Za specifične zahtjeve, Hielscher Ultrasonics također dizajnira i proizvodi prilagođene i vlasničke levitatore.
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Literatura / Reference
- 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.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi lab to industrijska veličina.