Ультразвукова левітація та її промислове застосування

Ультразвукова / акустична левітація є промислово перевіреним варіантом для безконтактного кріплення легких чутливих матеріалів, а також для безконтактного поводження зі зразками. Дізнайтеся більше про ультразвукову левітацію та її застосування в промисловості та науці!

Застосування ультразвукової левітації

Акустична левітація є науково доведеним і промислово прийнятим методом безконтактного поводження з матеріалами та позиціонування зразків. Ультразвукова левітація як безконтактний метод поводження використовується для маніпуляцій з чутливими до поверхні та крихкими деталями, наприклад, пластинами, мікрочіпами або тонкими скляними пластинами, без механічного впливу. Завдяки безконтактному поводженню з матеріалами та зразками, ультразвукова левітація була впроваджена у промислові, наукові та аналітичні програми.
У промисловості ультразвукова левітація використовується як надійний метод безконтактної обробки мікрочіпів та інших дрібних, делікатних предметів, які схильні до пошкодження навіть легким фізичним контактом. Іншою сферою застосування є обробка матеріалів дуже високої чистоти або хімічних реагентів, на які може впливати контейнер.

У хімії краплі, що знаходяться у суспензії, можуть слугувати мініатюрними реакційними посудинами, що дає дослідникам змогу змішувати реагенти та спостерігати за реакціями, одночасно зменшуючи забруднення від стінок посудини.
Вчені-матеріалознавці використовують зразки, що знаходяться в стані левітації, для дослідження процесів випаровування, кристалізації та утворення частинок, тоді як аналітичні дослідники можуть вивчати зразки в суспензії за допомогою оптичних та спектроскопічних методів.
Спеціалізовані системи акустичного транспортування також забезпечують перевезення крихких компонентів, зокрема кремнієвих пластин, мікрочіпів та тонкого скла, зі зниженим ризиком механічного пошкодження.
Для рідинних роботів із частинковим бронюванням (PBs) акустична левітація відкриває перспективний напрям досліджень: транспортування інкапсульованих реагентів, зближення крапель для проведення контрольованих реакцій та переміщення роботів між технологічними станціями з мінімізацією контакту з навколишніми поверхнями. Дізнайтеся більше про акустичну левітацію рідинних роботів, захищених частинками!
 

Принцип роботи ультразвукової левітації

Акустична левітація описує застосування ультразвукових хвиль до рідини, зазвичай газу (наприклад, повітря). Коли ультразвукова хвиля проходить через газ, звукова хвиля врівноважує силу гравітації – В результаті чого об'єкти можуть зависати в повітрі без опори. Такого ефекту вільно плаваючого об'єкта в звуковій хвилі вимагає явище стоячої хвилі. Стояча хвиля утворюється, коли дві однакові хвилі, що надходять з протилежних напрямків, накладаються одна на одну. Таким чином, в установці акустичної левітації ультразвуковий перетворювач використовується для створення хвиль поздовжнього тиску, а рефлектор з іншого боку відображає хвилі, так що ідентична хвиля, що надходить з обох сторін, може накладатися і утворювати стоячу хвилю.

Вузли та антивузли: Поздовжня хвиля тиску інтенсивного ультразвуку дозволяє безконтактно зависати в повітрі. Такі стоячі ультразвукові хвилі мають визначені вузли. Вузол - це область мінімального тиску, а антивузол визначається як область максимального тиску. Вузли стоячої хвилі знаходяться в центрі акустичної левітації.
Ультразвукові левітатори працюють шляхом позиціонування поля стоячої хвилі над ультразвуковим зондом (тобто сонотроде) і використанням рефлектора.

Устаткування для ультразвукової левітації

Компанія Hielscher Ultrasonics має багаторічний досвід у проектуванні, виробництві та дистрибуції високоякісного, високопродуктивного ультразвукового обладнання. Для акустичної левітації компанія Hielscher пропонує два стандартних типи левітаторів:
 

• UP100H – Левітатор 30 кГц, 100 Вт
• UP400St – левітатор 24 кГц, 400 Вт
• UIP500hdT – левітатор 20 кГц, 500 Вт

Ультразвуковий процесор UP400St являє собою компактну систему, в якій перетворювач і генератор об'єднані в міцному корпусі. Потужний левітатор UIP500hdT потужністю 500 Вт оснащений окремим перетворювачем і генератором. Завдяки перетворювачу класу IP64 UIP500hdT ідеально підходить для встановлення в складних умовах.
Ультразвукові левітатори можуть встановлюватися як одиночним блоком, так і паралельно і здатні працювати на високошвидкісних лініях обробки з високою пропускною здатністю.
Відповідно до конкретних вимог, компанія Hielscher Ultrasonics також розробляє та виробляє індивідуальні та запатентовані левітатори.

Література / Список літератури