Ultraheli levitatsioon ja selle tööstuslikud rakendused
Ultraheli / akustiline levitatsioon on tööstuslikult tõestatud võimalus kergete tundlike materjalide kontaktivabaks kandmiseks, samuti kontaktivabaks proovide käitlemiseks. Lisateave ultraheli levitatsiooni ja selle rakenduste kohta tööstuses ja teaduses!
Ultraheli levitatsiooni rakendused
Akustiline levitatsioon on teaduslikult tõestatud ja tööstuslikult kasutatav meetod kontaktivabaks materjali käitlemiseks ja proovi positsioneerimiseks. Ultraheli levitatsiooni kui kontaktivaba käitlemise meetodit kasutatakse pinnatundlike ja habraste toorikute, nt vahvlite, mikrokiipide või õhukeste klaasplaatide manipuleerimiseks ilma mehaanilise mõjuta. Materjalide ja proovide kontaktivaba käitlemise tõttu on ultraheli levitatsiooni rakendatud tööstuslikes, teaduslikes ja analüütilistes rakendustes.
Tööstuses kasutatakse ultraheli levitatsiooni usaldusväärse meetodina mikrokiipide ja muude väikeste, õrnade objektide kontaktivabaks, konteinerita töötlemiseks, mis on altid kahjustama isegi kerget füüsilist kontakti. Teine kasutusvaldkond on väga kõrge puhtusastmega materjalide või keemiliste reaktiivide käitlemine, mida konteiner mõjutaks.
Polüpropüleenist sfääride levitatsiooniasendid üheteljelises akustilises levitaatoris. Levitator / sonotrode ülaosas, reflektor allosas b) H1 = 7, 45 mm; d) H3 = 21,55 mm
(uuring ja pildid: © Andrade et al. 2018)
- füüsikaliste jõudude suhtes tundlikud objektid (nt mikrokiibid)
- mittejuhtivad materjalid
- kõrge puhtusastmega materjalid
- Keemilised reagendid
- bioloogilised, analüütilised proovid
- Valgud kristallograafia jaoks
Ultraheli levitatsiooni tööpõhimõte
Akustiline levitatsioon kirjeldab ultrahelilainete rakendamist vedelikule, tavaliselt gaasile (nt õhule). Kui ultrahelilaine liigub läbi gaasi, tasakaalustab helilaine raskusjõudu – mille tulemusena võivad objektid õhus toetamata hõljuda. See vabalt ujuva objekti mõju helilaines nõuab seisva laine nähtust. Seisev laine moodustub siis, kui kaks identset lainet, mis tulevad vastassuundadest, asetsevad üksteisega. Seetõttu kasutatakse akustilises levitatsiooniseades pikisuunaliste rõhulainete loomiseks ultraheliandurit ja teisel küljel asuv reflektor peegeldab laineid, nii et mõlemalt poolt tulev identne laine võib katta ja moodustada seisvad lained.
Väikese jäiga kera akustiline levitatsioon anduri/levitaatori ja reflektori vahele loodud tasapinnalise seisulaine rõhusõlmes.
(uuring ja pildid: © Andrade et al. 2018)
Sõlmed ja antinoodid: Intensiivse ultraheli pikisuunaline rõhulaine võimaldab õhus kontaktivabalt hõljuda. Sellistel seisvatel ultraheli lainetel on määratletud sõlmed. Sõlm on minimaalse rõhu ala, samas kui antinood on määratletud kui maksimaalse rõhu ala. Seisva laine sõlmed on akustilise levitatsiooni keskmes.
Ultraheli levitaatorid töötavad, asetades seisva lainevälja ultraheli sondi (s.o sonotrode) kohale ja kasutades reflektorit.
Ultraheli levitatsiooniseadmed
Hielscher Ultrasonics on pikaajaline ja kogenud kvaliteetsete, suure jõudlusega ultraheliseadmete projekteerimisel, tootmisel ja levitamisel. Akustilise levitatsiooni jaoks pakub Hielscher kahte standardset tüüpi levitaatoreid:
- UP100H – 30kHz, 100 W levitator
- UP400St – a 24kHz, 400W levitator
- UIP500hdT – a 20kHz, 500W levitator
Ultraheli protsessor UP400St on kompaktne süsteem, kus andur ja generaator on ühendatud tugevasse korpusesse. 500-vatisel võimsal levitatoril UIP500hdT on eraldi andur ja generaator. Oma IP64-klassi anduriga on UIP500hdT ideaalne paigaldamiseks nõudlikesse keskkondadesse.
Ultraheli levitaatoreid saab paigaldada ühe üksusena või paralleelselt ning nad on võimelised töötama kiiretes, suure läbilaskevõimega töötlemisliinides.
Erinõuete täitmiseks kavandab ja toodab Hielscher Ultrasonics ka kohandatud ja varalisi levitaatoreid.
Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!
Kirjandus / Viited
- 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 toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates Lab kuni tööstuslik suurus.