초음파 부상 및 그 산업 응용
초음파/음향 부상은 가볍고 민감한 물질의 비접촉식 베어링과 비접촉식 시료 처리를 위해 산업적으로 입증된 옵션입니다. 초음파 부상과 산업 및 과학에서의 응용에 대해 자세히 알아보십시오!
초음파 부상의 응용
음향 부상은 비접촉식 재료 취급 및 시료 위치 지정을 위해 과학적으로 입증되고 산업적으로 채택된 방법입니다. 비접촉 처리 방법인 초음파 부상은 웨이퍼, 마이크로칩 또는 얇은 유리판과 같은 표면에 민감하고 깨지기 쉬운 공작물을 기계적 충격 없이 조작하는 데 사용됩니다. 재료와 시료를 비접촉식으로 취급하기 때문에 초음파 부상은 산업, 과학 및 분석 응용 분야에서 구현되었습니다.
산업에서 초음파 부상은 가벼운 물리적 접촉에도 손상되기 쉬운 마이크로칩 및 기타 작고 섬세한 물체를 비접촉식, 용기 없이 처리하기 위한 신뢰할 수 있는 방법으로 사용됩니다. 또 다른 응용 분야는 용기의 영향을 받는 초고순도 재료 또는 화학 반응물을 다루는 것입니다.
single-axis acoustic levitator에서 polypropylene spheres의 부상 위치. 상단의 공중 부양기 / sonotrode, 하단의 반사경 (b) H1 = 7.45 mm; (d) H3 = 21.55 밀리미터
(연구 및 사진: © Andrade et al. 2018)
- 물리적 힘에 민감한 물체(예: 마이크로칩)
- 비전도성 재료
- 고순도 재료
- 화학 반응물
- 생물학적, 분석적 시료
- 결정학을 위한 단백질
초음파 부상의 작동 원리
음향 부상은 일반적으로 가스(예: 공기)와 같은 유체에 초음파를 적용하는 것을 설명합니다. 초음파가 가스를 통과할 때 음파는 중력의 힘을 상쇄합니다 – 그 결과 물체가 공중에서 지지되지 않은 상태로 떠있을 수 있습니다. 음파에서 자유롭게 떠다니는 물체의 이러한 효과는 정상파 현상을 필요로 합니다. 정상파는 반대 방향에서 오는 두 개의 동일한 파동이 서로 겹쳐질 때 형성됩니다. 따라서 음향 부상 설정에서 초음파 변환기를 사용하여 세로 압력파를 생성하고 반대쪽의 반사경이 파동을 반사하여 양쪽에서 오는 동일한 파동이 중첩되어 정상파를 형성할 수 있습니다.
변환기/부상기와 반사경 사이에 설정된 평면 정상파의 압력 노드에서 작은 단단한 구의 음향 부상.
(연구 및 사진: © Andrade et al. 2018)
노드 및 안티노드: 강렬한 초음파의 종방향 압력파는 공기 중에서 비접촉식으로 떠 있을 수 있습니다. 이러한 정상 초음파에는 정의 된 노드가 있습니다. 노드는 최소 압력의 영역이고 안티노드는 최대 압력의 영역으로 정의됩니다. 정상파의 노드는 음향 부상의 중심에 있습니다.
초음파 부상 장치는 초음파 프로브 (즉, sonotrode) 위에 정상파 필드를 배치하고 반사경을 사용하여 작동합니다.
초음파 부상 장비
Hielscher 초음파는 고품질의 고성능 초음파 장비의 설계, 제조 및 유통에 오랜 경험을 가지고 있습니다. 음향 부상의 경우 Hielscher는 두 가지 표준 유형의 공중 부양기를 제공합니다.
초음파 프로세서 UP400St는 변환기와 발전기가 견고한 하우징에 결합 된 소형 시스템입니다. 500 와트의 강력한 공중 부양기 UIP500hdT는 별도의 변환기와 발전기를 갖추고 있습니다. IP64 등급 변환기를 갖춘 UIP500hdT는 까다로운 환경의 설치에 이상적입니다.
초음파 부상기는 단일 장치 또는 병렬로 설치할 수 있으며 고속, 고처리량 공정 라인에서 작동할 수 있습니다.
특정 요구 사항을 위해 Hielscher 초음파는 맞춤형 및 독점 공중 부양기를 설계하고 제조합니다.
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문헌 / 참고문헌
- 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.
