Ultrazvuková levitace a její průmyslové aplikace
Ultrazvuková / akustická levitace je průmyslově osvědčenou možností pro bezkontaktní nesení materiálů citlivých na nízkou hmotnost a také pro bezkontaktní manipulaci se vzorky. Zjistěte více o ultrazvukové levitaci a jejích aplikacích v průmyslu a vědě!
Aplikace ultrazvukové levitace
Akustická levitace je vědecky ověřená a průmyslově přijatá metoda pro bezkontaktní manipulaci s materiálem a polohování vzorků. Ultrazvuková levitace jako bezkontaktní způsob manipulace se používá k manipulaci s povrchově citlivými a křehkými obrobky, např. s destičkami, mikročipy nebo tenkými skleněnými deskami, bez mechanického nárazu. Díky bezkontaktní manipulaci s materiály a vzorky byla ultrazvuková levitace implementována v průmyslových, vědeckých a analytických aplikacích.
V průmyslu se ultrazvuková levitace používá jako spolehlivá metoda pro bezkontaktní, bezkontejnerové zpracování mikročipů a jiných malých, choulostivých předmětů, které jsou náchylné k poškození i lehkým fyzickým kontaktem. Další oblastí použití je manipulace s materiály s velmi vysokou čistotou nebo chemickými reaktanty, které by byly ovlivněny nádobou.
Levitační polohy polypropylenových koulí v jednoosém akustickém levitátoru. Levitátor / sonotroda nahoře, reflektor dole (b) H1 = 7,45 mm; (d) H3 = 21,55 mm
(studie a obrázky: © Andrade et al. 2018)
- předměty citlivé na fyzikální síly (např. mikročipy)
- nevodivé materiály
- Materiály s vysokou čistotou
- chemické reaktanty
- biologické, analytické vzorky
- Proteiny pro krystalografii
Princip činnosti ultrazvukové levitace
Akustická levitace popisuje aplikaci ultrazvukových vln na tekutinu, obvykle plyn (např. vzduch). Když ultrazvuková vlna prochází plynem, zvuková vlna vyrovnává gravitační sílu – Výsledkem je, že objekty se mohou vznášet ve vzduchu bez podpory. Tento efekt volně se vznášejícího objektu ve zvukové vlně vyžaduje jev stojatého vlnění. Stojatá vlna vzniká, když se dvě identické vlny přicházející z opačných směrů vzájemně překrývají. Proto se v akustické levitační sestavě používá ultrazvukový měnič k vytváření podélných tlakových vln a reflektor na druhé straně odráží vlny, takže identická vlna přicházející z obou stran se může překrývat a vytvářet stojaté vlny.
Akustická levitace malé tuhé koule v tlakovém uzlu rovinné stojaté vlny vytvořené mezi snímačem/levitátorem a reflektorem.
(studie a obrázky: © Andrade et al. 2018)
Uzly a antinody: Podélná tlaková vlna intenzivního ultrazvuku umožňuje bezkontaktní vznášení se ve vzduchu. Takové stojaté ultrazvukové vlny mají definované uzly. Uzel je oblast minimálního tlaku, zatímco antinode je definován jako oblast maximálního tlaku. Uzly stojaté vlny jsou ve středu akustické levitace.
Ultrazvukové levitátory fungují tak, že pole stojatých vln je umístěno nad ultrazvukovou sondou (tj. sonotrodou) a používají se reflektory.
Ultrazvukové levitační zařízení
Hielscher Ultrasonics je dlouholetá a má zkušenosti s návrhem, výrobou a distribucí vysoce kvalitních, vysoce výkonných ultrazvukových zařízení. Pro akustickou levitaci nabízí Hielscher dva standardní typy levitátorů:
Ultrazvukový procesor UP400St je kompaktní systém, kde jsou převodník a generátor kombinovány v robustním pouzdře. 500 wattů výkonný levitátor UIP500hdT je vybaven samostatným převodníkem a generátorem. Díky převodníku s krytím IP64 je UIP500hdT ideální pro instalaci v náročných prostředích.
Ultrazvukové levitátory mohou být instalovány jako samostatná jednotka nebo paralelně a jsou schopné pracovat ve vysokorychlostních a vysoce výkonných zpracovatelských linkách.
Pro specifické požadavky, Hielscher Ultrasonics navrhuje a vyrábí přizpůsobené a proprietární levitátory, taky.
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
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 vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratoř k průmyslová velikost.