Levitasi Ultrasonik dan Aplikasinya dalam Industri
Levitasi ultrasonik / akustik merupakan pilihan yang telah terbukti dalam industri untuk menopang bahan ringan yang sensitif tanpa kontak serta untuk penanganan sampel tanpa kontak. Pelajari lebih lanjut tentang levitasi ultrasonik dan aplikasinya dalam industri dan sains!
Aplikasi Levitasi Ultrasonik
Levitasi akustik merupakan metode yang telah terbukti secara ilmiah dan diadopsi dalam industri untuk penanganan bahan dan penempatan sampel tanpa kontak. Levitasi ultrasonik sebagai metode penanganan tanpa kontak digunakan untuk memanipulasi benda kerja yang permukaannya sensitif dan rapuh, misalnya wafer, mikrocip atau pelat kaca tipis, tanpa benturan mekanis. Berkat penanganan bahan dan sampel tanpa kontak, levitasi ultrasonik telah diterapkan dalam aplikasi industri, ilmiah dan analitis.
Dalam industri, levitasi ultrasonik digunakan sebagai metode yang andal untuk pemrosesan tanpa kontak dan tanpa wadah pada mikrocip serta benda kecil dan rentan lainnya, yang mudah rusak bahkan akibat kontak fisik ringan. Bidang aplikasi lainnya adalah penanganan bahan dengan kemurnian sangat tinggi atau reaktan kimia yang akan terpengaruh oleh wadah.
Posisi levitasi bola polipropilena dalam levitator akustik sumbu tunggal. Levitator / sonotrode di bagian atas, reflektor di bagian bawah (b) H1 = 7,45 mm; (d) H3 = 21,55 mm
(studi dan gambar: © Andrade et al. 2018)
Dalam kimia, tetesan yang melayang dapat berfungsi sebagai wadah reaksi mini, sehingga peneliti dapat menggabungkan reagen dan mengamati reaksi sekaligus mengurangi kontaminasi dari dinding wadah.
Ilmuwan material menggunakan sampel yang dilevitasikan untuk menyelidiki penguapan, kristalisasi dan pembentukan partikel, sementara peneliti analitis dapat memeriksa sampel yang melayang dengan teknik optik dan spektroskopi.
Sistem penanganan akustik khusus juga mendukung pengangkutan komponen rapuh, termasuk wafer silikon, mikrocip dan kaca tipis, dengan risiko kerusakan mekanis yang lebih rendah.
Untuk robot cair berlapis pelindung partikel (PBs), levitasi akustik menawarkan arah penelitian yang menjanjikan: mengangkut reagen terenkapsulasi, mempertemukan tetesan untuk reaksi terkendali dan memindahkan robot antarstasiun pemrosesan sambil meminimalkan kontak dengan permukaan di sekitarnya. Baca lebih lanjut tentang levitasi akustik robot cair berlapis pelindung partikel!
- benda yang sensitif terhadap gaya fisik (misalnya mikrocip)
- bahan nonkonduktif
- bahan dengan kemurnian tinggi
- reaktan kimia
- sampel biologis dan analitis
- protein untuk kristalografi
Prinsip Kerja Levitasi Ultrasonik
Levitasi akustik mengacu pada penerapan gelombang ultrasonik pada fluida, biasanya gas (misalnya udara). Ketika gelombang ultrasonik merambat melalui gas, gelombang suara mengimbangi gaya gravitasi – sehingga benda dapat melayang tanpa penopang di udara. Efek benda yang melayang bebas dalam gelombang suara ini memerlukan fenomena gelombang berdiri. Gelombang berdiri terbentuk ketika dua gelombang identik yang datang dari arah berlawanan saling bersuperposisi. Oleh karena itu, dalam susunan levitasi akustik, transduser ultrasonik digunakan untuk menghasilkan gelombang tekanan longitudinal dan reflektor di sisi lainnya memantulkan gelombang tersebut, sehingga gelombang identik yang datang dari kedua sisi dapat saling bertumpang tindih dan membentuk gelombang berdiri.
Levitasi akustik bola kecil yang kaku pada simpul tekanan gelombang berdiri bidang yang terbentuk di antara transduser/levitator dan reflektor.
(studi dan gambar: © Andrade et al. 2018)
Simpul dan Perut Gelombang: Gelombang tekanan longitudinal dari ultrasonik berintensitas tinggi memungkinkan benda melayang tanpa kontak di udara. Gelombang ultrasonik berdiri tersebut memiliki simpul yang terdefinisi. Simpul adalah daerah bertekanan minimum, sedangkan perut gelombang didefinisikan sebagai daerah bertekanan maksimum. Simpul gelombang berdiri berperan sentral dalam levitasi akustik.
Levitator ultrasonik bekerja dengan menempatkan medan gelombang berdiri di atas probe ultrasonik (yaitu sonotrode) dan menggunakan reflektor.
Peralatan Levitasi Ultrasonik
Hielscher Ultrasonics telah lama berkecimpung dan berpengalaman luas dalam perancangan, pembuatan dan distribusi peralatan ultrasonik berkualitas tinggi dan berkinerja tinggi. Untuk levitasi akustik, Hielscher menawarkan dua jenis levitator standar:
Prosesor ultrasonik UP400St merupakan sistem ringkas yang menggabungkan transduser dan generator dalam rumah perangkat yang kokoh. Levitator UIP500hdT berdaya 500 watt memiliki transduser dan generator terpisah. Dengan transduser berperingkat IP64, UIP500hdT ideal untuk dipasang di lingkungan dengan tuntutan operasional tinggi.
Levitator ultrasonik dapat dipasang sebagai unit tunggal atau secara paralel dan mampu beroperasi pada lini pemrosesan berkecepatan tinggi dengan kapasitas pemrosesan yang tinggi.
Untuk kebutuhan khusus, Hielscher Ultrasonics juga merancang dan memproduksi levitator yang disesuaikan serta levitator dengan desain eksklusif.
Hubungi Kami! / Tanyakan kepada Kami!
Literatur / Referensi
- 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.
Levitator akustik Hielscher UP100H menahan tetesan cairan melayang di udara di antara sonotrode dan reflektor.
Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi mulai dari skala laboratorium hingga skala industri.