अल्ट्रासोनिक उत्तोलन और इसके औद्योगिक अनुप्रयोग

अल्ट्रासोनिक / ध्वनिक उत्तोलन हल्के, संवेदनशील पदार्थों को बिना संपर्क के सहारा देने तथा नमूनों के संपर्क-रहित संचालन के लिए औद्योगिक रूप से प्रमाणित विकल्प है। अल्ट्रासोनिक उत्तोलन और उद्योग तथा विज्ञान में इसके अनुप्रयोगों के बारे में अधिक जानें!

अल्ट्रासोनिक उत्तोलन के अनुप्रयोग

ध्वनिक उत्तोलन पदार्थों के संपर्क-रहित संचालन और नमूनों को निर्धारित स्थान पर रखने की वैज्ञानिक रूप से प्रमाणित तथा उद्योग में अपनाई गई विधि है। संपर्क-रहित संचालन की विधि के रूप में अल्ट्रासोनिक उत्तोलन का उपयोग संवेदनशील सतह वाले और नाज़ुक कार्यखंडों, जैसे वेफ़र, माइक्रोचिप या पतली काँच की प्लेटों को यांत्रिक आघात के बिना स्थानांतरित करने और व्यवस्थित करने के लिए किया जाता है। पदार्थों और नमूनों के संपर्क-रहित संचालन के कारण, अल्ट्रासोनिक उत्तोलन को औद्योगिक, वैज्ञानिक और विश्लेषणात्मक अनुप्रयोगों में लागू किया गया है।
उद्योग में, अल्ट्रासोनिक उत्तोलन का उपयोग माइक्रोचिप और अन्य छोटी, नाज़ुक वस्तुओं के संपर्क-रहित, पात्र-रहित प्रसंस्करण की विश्वसनीय विधि के रूप में किया जाता है, क्योंकि ये वस्तुएँ हल्के भौतिक संपर्क से भी क्षतिग्रस्त हो सकती हैं। इसका एक अन्य अनुप्रयोग अत्यंत उच्च शुद्धता वाले पदार्थों या रासायनिक अभिकारकों का संचालन है, जो किसी पात्र के संपर्क से प्रभावित हो सकते हैं।

रसायन विज्ञान में, निलंबित बूँदें लघु अभिक्रिया पात्रों के रूप में काम कर सकती हैं, जिससे शोधकर्ता पात्र की दीवारों से होने वाले संदूषण को कम करते हुए अभिकर्मकों को मिला सकते हैं और अभिक्रियाओं का अवलोकन कर सकते हैं।
पदार्थ वैज्ञानिक वाष्पीकरण, क्रिस्टलीकरण और कण निर्माण की जाँच के लिए उत्तोलित नमूनों का उपयोग करते हैं, जबकि विश्लेषणात्मक शोधकर्ता प्रकाशीय और स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीकों से निलंबित नमूनों की जाँच कर सकते हैं।
विशेष ध्वनिक संचालन प्रणालियाँ सिलिकॉन वेफ़र, माइक्रोचिप और पतले काँच सहित नाज़ुक घटकों को यांत्रिक क्षति के कम जोखिम के साथ स्थानांतरित करने में भी सहायक होती हैं।
कणों के कवच वाले द्रव रोबोटों (PBs) के लिए, ध्वनिक उत्तोलन शोध की एक आशाजनक दिशा प्रदान करता है: आसपास की सतहों से संपर्क न्यूनतम रखते हुए संपुटित अभिकर्मकों का परिवहन करना, नियंत्रित अभिक्रियाओं के लिए बूँदों को एक साथ लाना और रोबोटों को प्रसंस्करण स्टेशनों के बीच स्थानांतरित करना। कणों के कवच वाले द्रव रोबोटों के ध्वनिक उत्तोलन के बारे में अधिक पढ़ें!
 

अल्ट्रासोनिक उत्तोलन का कार्य सिद्धांत

ध्वनिक उत्तोलन में किसी तरल या गैसीय माध्यम, आमतौर पर गैस (जैसे वायु), पर अल्ट्रासाउंड तरंगें लागू की जाती हैं। जब अल्ट्रासाउंड तरंग गैस से होकर गुजरती है, तो ध्वनि तरंग गुरुत्वाकर्षण बल को संतुलित करती है – जिसके परिणामस्वरूप वस्तुएँ बिना किसी सहारे के हवा में ठहर सकती हैं। ध्वनि तरंग में किसी वस्तु के स्वतंत्र रूप से तैरने के इस प्रभाव के लिए स्थायी तरंग की परिघटना आवश्यक है। स्थायी तरंग तब बनती है जब विपरीत दिशाओं से आने वाली दो समान तरंगें एक-दूसरे पर अध्यारोपित होती हैं। इसलिए, ध्वनिक उत्तोलन की व्यवस्था में अनुदैर्ध्य दाब तरंगें उत्पन्न करने के लिए एक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया जाता है और दूसरी ओर स्थित परावर्तक तरंगों को परावर्तित करता है, ताकि दोनों ओर से आने वाली समान तरंगें अध्यारोपित होकर स्थायी तरंग बना सकें।

निस्पंद और प्रस्पंद: तीव्र अल्ट्रासाउंड की अनुदैर्ध्य दाब तरंग वस्तुओं को बिना संपर्क के हवा में ठहरने देती है। ऐसी स्थायी अल्ट्रासाउंड तरंगों में निश्चित निस्पंद होते हैं। निस्पंद न्यूनतम दाब वाला क्षेत्र होता है, जबकि प्रस्पंद को अधिकतम दाब वाले क्षेत्र के रूप में परिभाषित किया जाता है। स्थायी तरंग के निस्पंद ध्वनिक उत्तोलन में केंद्रीय भूमिका निभाते हैं।
अल्ट्रासोनिक लेविटेटर एक अल्ट्रासोनिक प्रोब (अर्थात सोनोट्रोड) के ऊपर स्थायी तरंग क्षेत्र स्थापित करके और एक परावर्तक का उपयोग करके काम करते हैं।

अल्ट्रासोनिक उत्तोलन उपकरण

Hielscher Ultrasonics को उच्च गुणवत्ता वाले, उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासाउंड उपकरणों के डिज़ाइन, निर्माण और वितरण का लंबा और व्यापक अनुभव है। ध्वनिक उत्तोलन के लिए, Hielscher दो मानक प्रकार के लेविटेटर प्रदान करता है:
 

• UP100H – एक 30kHz, 100 W लेविटेटर
• UP400ST – एक 24kHz, 400W लेविटेटर
• UIP500hdT – एक 20kHz, 500W लेविटेटर

अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर UP400St एक कॉम्पैक्ट प्रणाली है, जिसमें ट्रांसड्यूसर और जनरेटर एक मज़बूत आवरण में एकीकृत हैं। 500 वाट की शक्ति वाले लेविटेटर UIP500hdT में अलग-अलग ट्रांसड्यूसर और जनरेटर हैं। अपने IP64 श्रेणी के ट्रांसड्यूसर के साथ, UIP500hdT चुनौतीपूर्ण परिवेशों में स्थापना के लिए आदर्श है।
अल्ट्रासोनिक लेविटेटर एकल इकाई के रूप में या समानांतर में स्थापित किए जा सकते हैं और उच्च गति तथा उच्च प्रसंस्करण क्षमता वाली प्रसंस्करण लाइनों में काम करने में सक्षम हैं।
विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए, Hielscher Ultrasonics अनुकूलित और स्वामित्वाधीन लेविटेटरों का डिज़ाइन और निर्माण भी करता है।

साहित्य / संदर्भ

• Hyobin Jeon, K. Park, j.-Y. Sun, H.-Y. Kim (2025): Particle-armored liquid robots. Science Advances Volume 11, Issue 12, 21 Mar 2025.
• 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.