Ultrazvuková levitácia a jej priemyselné aplikácie
Ultrazvuková / akustická levitácia je priemyselne overená možnosť pre bezkontaktné ložisko ľahkých citlivých materiálov, ako aj pre bezkontaktnú manipuláciu so vzorkami. Zistite viac o ultrazvukovej levitácii a jej aplikáciách v priemysle a vede!
Aplikácie ultrazvukovej levitácie
Akustická levitácia je vedecky overená a priemyselne prijatá metóda bezkontaktnej manipulácie s materiálom a polohovania vzoriek. Ultrazvuková levitácia ako bezkontaktná manipulácia sa používa na manipuláciu s povrchovo citlivými a krehkými obrobkami, napr. doštičkami, mikročipmi alebo tenkými sklenenými doskami, bez mechanického nárazu. Vďaka bezkontaktnej manipulácii s materiálmi a vzorkami bola ultrazvuková levitácia implementovaná v priemyselných, vedeckých a analytických aplikáciách.
V priemysle sa ultrazvuková levitácia používa ako spoľahlivá metóda na bezkontaktné spracovanie mikročipov a iných malých, jemných predmetov, ktoré sú náchylné na poškodenie aj ľahkým fyzickým kontaktom. Ďalšou oblasťou použitia je manipulácia s veľmi čistými materiálmi alebo chemickými reaktanmi, ktoré by boli ovplyvnené nádobou.
Levitačné polohy polypropylénových gúľ v jednoosovom akustickom levitátore. Levitator / sonotród hore, reflektor dole (b) H1 = 7,45 mm; d) H3 = 21,55 mm
(štúdia a obrázky: © Andrade et al. 2018)
- objekty citlivé na fyzikálne sily (napr. mikročipy)
- nevodivé materiály
- Materiály s vysokou čistotou
- Chemické reaktanty
- biologické, analytické vzorky
- proteíny pre kryštalografiu
Princíp činnosti ultrazvukovej levitácie
Akustická levitácia popisuje aplikáciu ultrazvukových vĺn na tekutinu, zvyčajne plyn (napr. vzduch). Keď ultrazvuková vlna prechádza plynom, zvuková vlna vyvažuje gravitačnú silu – výsledkom je, že predmety sa môžu vznášať vo vzduchu bez opory. Tento efekt voľne plávajúceho objektu vo zvukovej vlne vyžaduje fenomén stojatej vlny. Stojatá vlna vzniká, keď sa dve rovnaké vlny prichádzajúce z opačných smerov navzájom prekrývajú. Preto sa v nastavení akustickej levitácie používa ultrazvukový prevodník na vytváranie pozdĺžnych tlakových vĺn a reflektor na druhej strane odráža vlny, takže rovnaká vlna prichádzajúca z oboch strán sa môže prekrývať a vytvárať stojaté vlny.
Akustická levitácia malej tuhej gule v tlakovom uzle rovinnej stojatej vlny vytvorenej medzi prevodníkom/levitátorom a reflektorom.
(štúdia a obrázky: © Andrade et al. 2018)
Uzly a antinódy: Pozdĺžna tlaková vlna intenzívneho ultrazvuku umožňuje bezkontaktné vznášanie sa vo vzduchu. Takéto stojace ultrazvukové vlny majú definované uzly. Uzol je oblasť minimálneho tlaku, zatiaľ čo antinóda je definovaná ako oblasť maximálneho tlaku. Uzly stojatej vlny sú v strede akustické levitácie.
Ultrazvukové levitátory fungujú tak, že umiestnia pole stojatých vĺn nad ultrazvukovú sondu (tj sonotródu) a pomocou reflektora.
Ultrazvukové levitačné zariadenie
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics má dlhoročné skúsenosti s návrhom, výrobou a distribúciou vysokokvalitných a výkonných ultrazvukových zariadení. Pre akustickú levitáciu ponúka spoločnosť Hielscher dva štandardné typy levitátorov:
Ultrazvukový procesor UP400St je kompaktný systém, v ktorom sú prevodník a generátor kombinované v robustnom kryte. 500 wattový výkonný levitátor UIP500hdT je vybavený samostatným meničom a generátorom. Vďaka prevodníku triedy IP64 je UIP500hdT ideálny pre inštaláciu v náročných prostrediach.
Ultrazvukové levitátory môžu byť inštalované ako samostatná jednotka alebo paralelne a sú schopné pracovať vo vysokorýchlostných a vysokovýkonných spracovateľských linkách.
Pre špecifické požiadavky spoločnosť Hielscher Ultrasonics navrhuje a vyrába aj prispôsobené a proprietárne levitátory.
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Literatúra / Referencie
- Andrade, M.A.B.; Pérez, N.; Adamowski, J.C. (2018): Review of Progress in Acoustic Levitation. Brazilian Journal of Physics 48, 2018. 190–213.
- Junk, Malte (2019): Tropfenverdunstung im akustischen Levitator. Dissertation Universität Hamburg. Fachbereich Chemie der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, Universität Hamburg 2019.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.