Ultraljud levitation och dess industriella tillämpningar
Ultraljud? akustisk levitation är ett industriellt beprövat alternativ för beröringsfri bäring av lättviktskänsliga material samt för beröringsfri provhantering. Lär dig mer om ultraljudslevitation och dess tillämpningar inom industri och vetenskap!
Tillämpningar av ultraljudslevitation
Akustisk levitation är en vetenskapligt bevisad och industriellt antagen metod för beröringsfri materialhantering och provpositionering. Ultraljudslevitation som beröringsfri hanteringsmetod används för att manipulera ytkänsliga och ömtåliga arbetsstycken, t.ex. wafers, mikrochips eller tunna glasplattor, utan mekanisk påverkan. På grund av den beröringsfria hanteringen av material och prover har ultraljudslevitation implementerats i industriella, vetenskapliga och analytiska tillämpningar.
Inom industrin används ultraljudslevitation som en tillförlitlig metod för beröringsfri, behållarfri bearbetning av mikrochips och andra små, ömtåliga föremål, som är benägna att skadas av även lätt fysisk kontakt. Ett annat användningsområde är hantering av material med mycket hög renhet eller kemiska reaktanter, som skulle påverkas av en behållare.
Levitationspositioner för polypropensfärer i en enaxlig akustisk levitator. Levitatorn? sonotrode upptill, reflektor längst ner (b) H1 = 7,45 mm; d) H3 = 21,55 mm
- Föremål som är känsliga för fysiska krafter (t.ex. mikrochips)
- icke-ledande material
- Material med hög renhet
- Kemiska reaktanter
- biologiska, analytiska prover
- Proteiner för kristallografi
Arbetsprincip för ultraljudslevitation
Akustisk levitation beskriver tillämpningen av ultraljudsvågor på en vätska, vanligtvis gas (t.ex. luft). När ultraljudsvågen färdas genom gasen balanserar ljudvågen gravitationskraften – med resultatet att objekt kan sväva utan stöd i luften. Denna effekt av ett fritt flytande föremål i en ljudvåg kräver fenomenet en stående våg. En stående våg bildas när två identiska vågor som kommer från motsatta riktningar överlappar varandra. Därför används i en akustisk levitationsuppställning en ultraljudsgivare för att skapa längsgående tryckvågor och en reflektor på andra sidan reflekterar vågorna, så att den identiska vågen som kommer från båda sidor kan överlägga och bilda en stående vågor.
Akustisk levitation av en liten styv sfär vid trycknoden för en plan stående våg som etableras mellan en givare/levitator och en reflektor.
Noder och antinoder: Den längsgående tryckvågen för intensivt ultraljud gör det möjligt att sväva kontaktlöst i luften. Sådana stående ultraljudsvågor har definierade noder. En nod är arean med minimalt tryck, medan en antinod definieras som arean med maximalt tryck. Noderna i en stående våg är i centrum för akustisk levitation.
Ultraljudslevitatorer fungerar genom att placera det stående vågfältet över en ultraljudssond (dvs. sonotrode) och använda en reflektor.
Utrustning för ultraljudslevitation
Hielscher Ultrasonics har lång tid och stor erfarenhet av design, tillverkning och distribution av högkvalitativ, högpresterande ultraljudsutrustning. För akustisk levitation erbjuder Hielscher två standardtyper av levitatorer:
- UP100H – en levitator på 30 kHz, 100 W
- UP400St – en 24 kHz, 400 W svävare
- UIP500hdT – en 20 kHz, 500 W levitator
Ultraljudsprocessorn UP400St är ett kompakt system där givare och generator kombineras i ett robust hölje. Den 500 watt kraftfulla levitatorn UIP500hdT har separat givare och generator. Med sin IP64-givare är UIP500hdT idealisk för installation i krävande miljöer.
Ultraljudslevitatorer kan installeras som en enda enhet eller parallellt och kan fungera i bearbetningslinjer med hög hastighet och hög genomströmning.
För specifika krav designar och tillverkar Hielscher Ultrasonics också anpassade och proprietära levitatorer.
Kontakta oss!? Fråga oss!
Litteratur? Referenser
- 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.
Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från labb till industriell storlek.