La lévitation ultrasonique et ses applications industrielles
La lévitation ultrasonique/acoustique est une option éprouvée dans l'industrie pour le transport sans contact de matériaux légers et sensibles ainsi que pour la manipulation d'échantillons sans contact. Apprenez-en davantage sur la lévitation ultrasonique et ses applications dans l'industrie et la science !
Applications de la lévitation ultrasonique
La lévitation acoustique est une méthode scientifiquement prouvée et adoptée par l'industrie pour la manipulation de matériaux et le positionnement d'échantillons sans contact. La lévitation ultrasonique, en tant que méthode de manipulation sans contact, est utilisée pour manipuler des pièces fragiles et sensibles à la surface, par exemple des tranches de silicium, des micropuces ou de fines plaques de verre, sans impact mécanique. En raison de la manipulation sans contact des matériaux et des échantillons, la lévitation ultrasonique a été mise en œuvre dans des applications industrielles, scientifiques et analytiques.
Dans l'industrie, la lévitation ultrasonique est utilisée comme méthode fiable pour le traitement sans contact et sans conteneur des micropuces et autres petits objets délicats, qui sont susceptibles d'être endommagés par un contact physique même léger. Un autre domaine d'application est la manipulation de matériaux de très haute pureté ou de réactifs chimiques, qui seraient influencés par un conteneur.
Positions de lévitation de sphères en polypropylène dans un lévitateur acoustique à axe unique. Lévitateur / sonotrode en haut, réflecteur en bas (b) H1 = 7,45 mm ; (d) H3 = 21,55 mm
(étude et photos : © Andrade et al. 2018)
- les objets sensibles aux forces physiques (par exemple, les micro-puces)
- matériaux non conducteurs
- matériaux de haute pureté
- réactifs chimiques
- échantillons biologiques, analytiques
- protéines pour la cristallographie
Principe de fonctionnement de la lévitation ultrasonique
La lévitation acoustique décrit l'application d'ondes ultrasonores à un fluide, généralement un gaz (par exemple l'air). Lorsque l'onde ultrasonore traverse le gaz, elle contrebalance la force de gravité. – avec pour résultat que les objets peuvent flotter sans support dans l'air. Cet effet d'un objet flottant dans une onde sonore nécessite le phénomène d'une onde stationnaire. Une onde stationnaire se forme lorsque deux ondes identiques provenant de directions opposées se superposent l'une à l'autre. Par conséquent, dans une installation de lévitation acoustique, un transducteur à ultrasons est utilisé pour créer des ondes de pression longitudinales et un réflecteur situé de l'autre côté réfléchit les ondes, de sorte que les ondes identiques provenant des deux côtés peuvent se superposer et former une onde stationnaire.
Lévitation acoustique d'une petite sphère rigide au nœud de pression d'une onde stationnaire plane établie entre un transducteur/levitateur et un réflecteur.
(étude et photos : © Andrade et al. 2018)
Nœuds et antinœuds : L'onde de pression longitudinale des ultrasons intenses permet de planer sans contact dans l'air. Ces ondes ultrasonores stationnaires ont des nœuds définis. Un nœud est la zone de pression minimale, tandis qu'un antinœud est défini comme la zone de pression maximale. Les nœuds d'une onde stationnaire sont au centre de la lévitation acoustique.
Les lévitateurs à ultrasons fonctionnent en positionnant le champ d'ondes stationnaires au-dessus d'une sonde à ultrasons (c'est-à-dire une sonotrode) et en utilisant un réflecteur.
Équipement de lévitation ultrasonique
Hielscher Ultrasonics possède une longue expérience dans la conception, la fabrication et la distribution d'équipements à ultrasons de haute qualité et de haute performance. Pour la lévitation acoustique, Hielscher propose deux types de lévitateurs standard :
UP400St – un lévitateur de 24kHz, 400W
UIP500hdT – un lévitateur de 20kHz, 500W
Le processeur à ultrasons UP400St est un système compact, où transducteur et générateur sont combinés dans un boîtier robuste. Le puissant lévitateur UIP500hdT de 500 watts comporte un transducteur et un générateur séparés. Avec son transducteur de classe IP64, l'UIP500hdT est idéal pour l'installation dans des environnements exigeants.
Les lévitateurs à ultrasons peuvent être installés en tant qu'unité unique ou en parallèle et sont capables de fonctionner dans des lignes de traitement à grande vitesse et à haut débit.
Pour les besoins spécifiques, Hielscher Ultrasons conçoit et fabrique également des lévitateurs personnalisés et exclusifs.
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Littérature / Références
- 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 fabrique des homogénéisateurs à ultrasons de haute performance à partir d'une technologie de pointe. laboratoires à taille industrielle.