Ultrazvučna levitacija i njezine industrijske primjene
Ultrazvučna/akustična levitacija industrijski je dokazana opcija za beskontaktno nošenje laganih osjetljivih materijala kao i za beskontaktno rukovanje uzorcima. Saznajte više o ultrazvučnoj levitaciji i njezinoj primjeni u industriji i znanosti!
Primjena ultrazvučne levitacije
Akustična levitacija je znanstveno dokazana i industrijski prihvaćena metoda za beskontaktno rukovanje materijalom i pozicioniranje uzorka. Ultrazvučna levitacija kao beskontaktna metoda rukovanja koristi se za rukovanje površinski osjetljivim i lomljivim obradcima, npr. pločicama, mikročipovima ili tankim staklenim pločama, bez mehaničkog udara. Zbog beskontaktnog rukovanja materijalima i uzorcima, ultrazvučna levitacija je implementirana u industrijske, znanstvene i analitičke primjene.
U industriji se ultrazvučna levitacija koristi kao pouzdana metoda za beskontaktnu obradu mikročipova i drugih malih, osjetljivih predmeta koji su podložni oštećenju čak i lakšim fizičkim kontaktom. Drugo područje primjene je rukovanje materijalima vrlo visoke čistoće ili kemijskim reaktantima, na koje bi utjecao spremnik.
Položaji levitacije polipropilenskih kuglica u jednoosnom akustičkom levitatoru. Levitator / sonotroda na vrhu, reflektor na dnu (b) H1 = 7,45 mm; (d) H3 = 21,55 mm
(studija i slike: © Andrade et al. 2018)
- predmeti osjetljivi na fizičke sile (npr. mikročipovi)
- neprovodni materijali
- materijali visoke čistoće
- kemijski reaktanti
- biološki, analitički uzorci
- proteini za kristalografiju
Princip rada ultrazvučne levitacije
Akustična levitacija opisuje primjenu ultrazvučnih valova na tekućinu, obično plin (npr. zrak). Kada ultrazvučni val putuje kroz plin, zvučni val uravnotežuje silu gravitacije – što rezultira time da objekti mogu lebdjeti u zraku bez oslonca. Ovaj učinak slobodno lebdećeg objekta u zvučnom valu zahtijeva pojavu stojnog vala. Stojni val nastaje kada se dva identična vala koja dolaze iz suprotnih smjerova superponiraju. Stoga se u postavkama akustične levitacije koristi ultrazvučni pretvarač za stvaranje uzdužnih tlačnih valova, a reflektor s druge strane reflektira valove, tako da se identični val koji dolazi s obje strane može prekriti i formirati stojne valove.
Akustična levitacija male krute kugle u čvoru tlaka ravnog stojnog vala uspostavljenog između pretvarača/levitatora i reflektora.
(studija i slike: © Andrade et al. 2018)
Čvorovi i antičvorovi: Uzdužni tlačni val intenzivnog ultrazvuka omogućuje beskontaktno lebdenje u zraku. Takvi stojeći ultrazvučni valovi imaju definirane čvorove. Čvor je područje minimalnog tlaka, dok je antinod definiran kao područje maksimalnog tlaka. Čvorovi stojnog vala nalaze se u središtu akustične levitacije.
Ultrazvučni levitatori rade postavljanjem polja stojnog vala preko ultrazvučne sonde (tj. sonotrode) i korištenjem reflektora.
Ultrazvučna oprema za levitaciju
Hielscher Ultrasonics je dugogodišnji i iskusan u dizajnu, proizvodnji i distribuciji visokokvalitetne ultrazvučne opreme visokih performansi. Za akustičnu levitaciju Hielscher nudi dvije standardne vrste levitatora:
- UP100H – levitator od 30 kHz, 100 W
- UP400St – levitator od 24kHz, 400W
- UIP500hdT – levitator od 20kHz, 500W
Ultrazvučni procesor UP400St je kompaktan sustav, gdje su sonda i generator kombinirani u robusnom kućištu. Snažni levitator UIP500hdT od 500 W ima odvojenu sondu i generator. Sa svojom IP64 razinom sonde, UIP500hdT je idealan za instalaciju u zahtjevnim okruženjima.
Ultrazvučni levitatori mogu se instalirati kao jedna jedinica ili paralelno i sposobni su raditi u brzim procesnim linijama velikog protoka.
Za specifične zahtjeve, Hielscher Ultrasonics također dizajnira i proizvodi prilagođene i vlasničke levitatore.
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.