Ultralydslevitation og dens industrielle anvendelser
Ultralyd / akustisk levitation er en industrielt gennemprøvet mulighed for berøringsfri leje af lette følsomme materialer samt til kontaktfri prøvehåndtering. Lær mere om ultralydslevitation og dens anvendelser inden for industri og videnskab!
Anvendelser af ultralydssvævning
Akustisk levitation er en videnskabeligt dokumenteret og industrielt vedtaget metode til kontaktfri materialehåndtering og prøvepositionering. Ultralydslevitation som berøringsfri håndteringsmetode bruges til at manipulere overfladefølsomme og skrøbelige emner, f.eks. wafere, mikrochips eller tynde glasplader, uden mekanisk påvirkning. På grund af den kontaktfri håndtering af materialer og prøver er ultralydslevitation blevet implementeret i industrielle, videnskabelige og analytiske applikationer.
I industrien bruges ultralydslevitation som pålidelig metode til kontaktfri, beholderfri behandling af mikrochips og andre små, sarte genstande, som er tilbøjelige til at blive beskadiget ved selv let fysisk kontakt. Et andet anvendelsesområde er håndtering af materialer med meget høj renhed eller kemiske reaktanter, som ville blive påvirket af en beholder.
Levitationspositioner af polypropylenkugler i en enkeltakset akustisk levitator. Levitator / sonotrode øverst, reflektor i bunden (b) H1 = 7,45 mm; d) H3 = 21,55 mm
(studie og billeder: © Andrade et al. 2018)
- genstande, der er følsomme over for fysiske kræfter (f.eks. mikrochips)
- Ikke-ledende materialer
- materialer med høj renhed
- kemiske reaktanter
- biologiske, analytiske prøver
- proteiner til krystallografi
Arbejdsprincip for ultralydssvævning
Akustisk levitation beskriver påføring af ultralydsbølger på en væske, normalt gas (f.eks. luft). Når ultralydsbølgen bevæger sig gennem gassen, opvejer lydbølgen tyngdekraften – med det resultat, at objekter kan svæve uunderstøttet i luften. Denne effekt af et fritsvævende objekt i en lydbølge kræver fænomenet med en stående bølge. En stående bølge dannes, når to identiske bølger, der kommer fra modsatte retninger, lægger sig oven på hinanden. Derfor bruges en ultralydstransducer i en akustisk levitationsopsætning til at skabe langsgående trykbølger, og en reflektor på den anden side reflekterer bølgerne, så den identiske bølge, der kommer fra begge sider, kan overlejre og danne stående bølger.
Akustisk levitation af en lille stiv kugle ved trykknudepunktet i en plan stående bølge etableret mellem en transducer/levitator og en reflektor.
(studie og billeder: © Andrade et al. 2018)
Knuder og antinoder: Den langsgående trykbølge af intens ultralyd gør det muligt at svæve kontaktløst i luften. Sådanne stående ultralydsbølger har defineret knudepunkter. En knude er området med minimalt tryk, mens en antinode er defineret som området med maksimalt tryk. Knudepunkterne i en stående bølge er i centrum for akustisk levitation.
Ultralydslevitatorer fungerer ved at placere det stående bølgefelt over en ultralydssonde (dvs. sonotrode) og brugen af en reflektor.
Ultralyd Levitation Udstyr
Hielscher Ultrasonics er mangeårig og velerfaren inden for design, fremstilling og distribution af højkvalitets, højtydende ultralydsudstyr. Til akustisk levitation tilbyder Hielscher to standardtyper af levitatorer:
- UP100H – en 30kHz, 100 W levitator
- UP400St – en 24kHz, 400W levitator
- UIP500hdT – en 20kHz, 500W levitator
Ultralydsprocessoren UP400St er et kompakt system, hvor transducer og generator er kombineret i et robust hus. Den 500 watt kraftfulde levitator UIP500hdT har separat transducer og generator. Med sin IP64-klasse transducer er UIP500hdT ideel til installation i krævende miljøer.
Ultralydslevitatorer kan installeres som en enkelt enhed eller parallelt og er i stand til at fungere i højhastighedsbehandlingslinjer med høj gennemstrømning.
Til specifikke krav designer og fremstiller Hielscher Ultrasonics også tilpassede og proprietære levitatorer.
Kontakt os! / Spørg os!
Litteratur / Referencer
- Andrade, M.A.B.; Pérez, N.; Adamowski, J.C. (2018): Review of Progress in Acoustic Levitation. Brazilian Journal of Physics 48, 2018. 190–213.
- Junk, Malte (2019): Tropfenverdunstung im akustischen Levitator. Dissertation Universität Hamburg. Fachbereich Chemie der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, Universität Hamburg 2019.
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.