Ultrahangos levitáció és ipari alkalmazásai

Az ultrahangos / akusztikus levitáció az iparban bevált megoldás a kis tömegű, érzékeny anyagok érintkezés nélküli megtartására, valamint a minták érintésmentes kezelésére. Tudjon meg többet az ultrahangos levitációról és annak ipari és tudományos alkalmazásairól!

Az ultrahangos levitáció alkalmazásai

Az akusztikus levitáció tudományosan igazolt és az iparban alkalmazott módszer az anyagok érintésmentes kezelésére és a minták pozicionálására. Az ultrahangos levitációt érintkezés nélküli kezelési módszerként használják az érzékeny felületű és törékeny munkadarabok, például félvezető szeletek, mikrochipek vagy vékony üveglapok mechanikai behatás nélküli mozgatására. Az anyagok és minták érintésmentes kezelése révén az ultrahangos levitációt ipari, tudományos és analitikai alkalmazásokban is bevezették.
Az iparban az ultrahangos levitációt megbízható módszerként alkalmazzák mikrochipek és más kisméretű, kényes tárgyak érintésmentes, tárolóedény nélküli feldolgozására, amelyek már enyhe fizikai érintkezés hatására is megsérülhetnek. További alkalmazási terület a rendkívül nagy tisztaságú anyagok vagy olyan kémiai reagensek kezelése, amelyekre hatással lenne a tárolóedény.

A kémiában a lebegtetett cseppek miniatűr reakcióedényként szolgálhatnak, lehetővé téve a kutatók számára a reagensek egyesítését és a reakciók megfigyelését, miközben csökkentik az edényfalakból eredő szennyeződést.
Az anyagtudományi kutatók levitált minták segítségével vizsgálják a párolgást, a kristályosodást és a részecskeképződést, míg az analitikai kutatók optikai és spektroszkópiai módszerekkel vizsgálhatják a lebegtetett mintákat.
A speciális akusztikus anyagmozgató rendszerek a törékeny alkatrészek, köztük a szilíciumszeletek, mikrochipek és vékony üvegek szállítását is segítik, a mechanikai sérülés kisebb kockázatával.
A részecskepáncéllal ellátott folyékony robotok (PBs) esetében az akusztikus levitáció ígéretes kutatási irányt kínál: kapszulázott reagensek szállítását, cseppek egyesítését szabályozott reakciókhoz és robotok áthelyezését a feldolgozóállomások között, miközben minimálisra csökkenti a környező felületekkel való érintkezést. Olvasson többet a részecskepáncéllal ellátott folyékony robotok akusztikus levitációjáról!
 

Az ultrahangos levitáció működési elve

Az akusztikus levitáció ultrahanghullámok alkalmazását jelenti egy fluidumban, rendszerint gázban (pl. levegőben). Amikor az ultrahanghullám áthalad a gázon, a hanghullám ellensúlyozza a gravitációs erőt – ennek eredményeként a tárgyak alátámasztás nélkül lebeghetnek a levegőben. A hanghullámban szabadon lebegő tárgy ezen jelenségéhez állóhullám szükséges. Állóhullám akkor keletkezik, amikor két, ellentétes irányból érkező, azonos hullám egymásra szuperponálódik. Ezért az akusztikus levitációs elrendezésben ultrahangos átalakítót használnak longitudinális nyomáshullámok létrehozására, a másik oldalon pedig egy reflektor visszaveri a hullámokat, így a két oldalról érkező, azonos hullámok egymásra szuperponálódhatnak és állóhullámot hozhatnak létre.

Csomópontok és duzzadóhelyek: Az intenzív ultrahang longitudinális nyomáshulláma lehetővé teszi az érintésmentes lebegést a levegőben. Az ilyen ultrahangos állóhullámoknak meghatározott csomópontjaik vannak. A csomópont a minimális nyomású terület, míg a duzzadóhely a maximális nyomású területként van meghatározva. Az állóhullám csomópontjai központi szerepet játszanak az akusztikus levitációban.
Az ultrahangos levitátorok működése az állóhullámtér ultrahangos szonda (azaz szonotróda) fölé helyezésén és egy reflektor használatán alapul.

Ultrahangos levitációs berendezések

A Hielscher Ultrasonics hosszú évek során szerzett jelentős tapasztalattal rendelkezik a kiváló minőségű, nagy teljesítményű ultrahangos berendezések tervezésében, gyártásában és forgalmazásában. Az akusztikus levitációhoz a Hielscher két szabványos levitátortípust kínál:
 

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

Az UP400St ultrahangos feldolgozóberendezés egy kompakt rendszer, amelyben az átalakító és a generátor egy robusztus házban kap helyet. Az 500 watt teljesítményű UIP500hdT levitátor különálló átalakítóval és generátorral rendelkezik. IP64 védettségű átalakítójának köszönhetően a UIP500hdT ideális a nagy igénybevételt jelentő környezetekbe történő telepítéshez.
Az ultrahangos levitátorok önálló egységként vagy párhuzamosan is telepíthetők, és nagy sebességű, nagy átbocsátóképességű feldolgozósorokon is képesek működni.
A Hielscher Ultrasonics egyedi követelményekhez igazított és saját fejlesztésű levitátorokat is tervez és gyárt.

Szakirodalom / Hivatkozások

• 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.