Ултразвучна левитација и њене индустријске примене
Ултразвучна / акустичка левитација је индустријски доказана могућност за бесконтактно подупирање лаких, осетљивих материјала, као и за бесконтактно руковање узорцима. Сазнајте више о ултразвучној левитацији и њеним применама у индустрији и науци!
Примене ултразвучне левитације
Акустичка левитација је научно доказана метода прихваћена у индустрији за бесконтактно руковање материјалима и позиционирање узорака. Ултразвучна левитација као метода бесконтактног руковања користи се за манипулацију крхким предметима обраде са осетљивом површином, нпр. полупроводничким плочицама, микрочиповима или танким стакленим плочама, без механичког дејства. Захваљујући бесконтактном руковању материјалима и узорцима, ултразвучна левитација нашла је примену у индустрији, науци и аналитици.
У индустрији се ултразвучна левитација користи као поуздана метода за бесконтактну обраду микрочипова и других малих, осетљивих предмета без употребе посуда, јер се они могу оштетити чак и благим физичким контактом. Још једна област примене је руковање материјалима веома високе чистоће или хемијским реактантима на које би посуда утицала.
Положаји левитације полипропиленских сфера у једноосном акустичком левитатору. Левитатор / сонотрода на врху, рефлектор на дну (b) H1 = 7,45 mm; (d) H3 = 21,55 mm
(студија и слике: © Andrade et al. 2018)
У хемији, лебдеће капљице могу служити као минијатурне реакционе посуде, омогућавајући истраживачима да комбинују реагенсе и посматрају реакције уз смањење контаминације са зидова посуде.
Научници у области материјала користе левитирајуће узорке за истраживање испаравања, кристализације и формирања честица, док истраживачи у области аналитике могу испитивати лебдеће узорке оптичким и спектроскопским техникама.
Специјализовани системи за акустичко руковање такође омогућавају транспорт крхких компоненти, укључујући силицијумске плочице, микрочипове и танко стакло, уз мањи ризик од механичког оштећења.
За течне роботе оклопљене честицама (PBs), акустичка левитација нуди обећавајући правац истраживања: транспорт инкапсулираних реагенаса, спајање капљица ради контролисаних реакција и премештање робота између станица за обраду уз свођење контакта са околним површинама на минимум. Прочитајте више о акустичкој левитацији течних робота оклопљених честицама!
- предметима осетљивим на физичке силе (нпр. микрочиповима)
- непроводним материјалима
- материјалима високе чистоће
- хемијским реактантима
- биолошким, аналитичким узорцима
- протеинима за кристалографију
Принцип рада ултразвучне левитације
Акустичка левитација описује примену ултразвучних таласа на флуид, обично гас (нпр. ваздух). Када се ултразвучни талас простире кроз гас, звучни талас уравнотежује силу гравитације – услед чега предмети могу лебдети у ваздуху без ослонца. Овај ефекат слободног лебдења предмета у звучном таласу захтева појаву стојећег таласа. Стојећи талас настаје када се два идентична таласа која долазе из супротних смерова међусобно суперпонирају. Зато се у поставци за акустичку левитацију користи ултразвучни претварач за стварање уздужних таласа притиска, а рефлектор на другој страни одбија таласе, тако да се идентични таласи који долазе са обе стране могу преклопити и формирати стојеће таласе.
Акустичка левитација мале круте сфере у чвору притиска равног стојећег таласа успостављеног између претварача/левитатора и рефлектора.
(студија и слике: © Andrade et al. 2018)
Чворови и трбуси: Уздужни талас притиска интензивног ултразвука омогућава бесконтактно лебдење у ваздуху. Такви стојећи ултразвучни таласи имају дефинисане чворове. Чвор је област минималног притиска, док се трбух дефинише као област максималног притиска. Чворови стојећег таласа су у средишту акустичке левитације.
Ултразвучни левитатори раде тако што се поље стојећег таласа позиционира изнад ултразвучне сонде (тј. сонотроде) уз употребу рефлектора.
Опрема за ултразвучну левитацију
Hielscher Ultrasonics има дугогодишње и богато искуство у пројектовању, производњи и дистрибуцији висококвалитетне ултразвучне опреме високих перформанси. За акустичку левитацију, Hielscher нуди два стандардна типа левитатора:
- UP100H – левитатор од 30kHz, 100 W
- UP400ST – левитатор од 24kHz, 400W
- UIP500hdT – левитатор од 20kHz, 500W
Ултразвучни процесор UP400St је компактан систем у којем су претварач и генератор обједињени у робусном кућишту. Левитатор UIP500hdT снаге 500 вати има одвојене претварач и генератор. Захваљујући претварачу са степеном заштите IP64, UIP500hdT је идеалан за уградњу у захтевним окружењима.
Ултразвучни левитатори могу се инсталирати као појединачна јединица или паралелно и могу радити у линијама за обраду велике брзине и великог производног капацитета.
За специфичне захтеве, Hielscher Ultrasonics такође пројектује и производи прилагођене и власничке левитаторе.
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Литература / Референце
- 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.
Акустички левитатор Hielscher UP100H држи капљицу течности у ваздуху између сонотроде и рефлектора.
Hielscher Ultrasonics производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси од лабораторијских до индустријских величина.