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您对“超声波”到底认识多少 它的应用又如何?

点击次数:296    发布时间:2021-01-04

   所谓超声波是指人耳听不见的声波。正常人的听觉可以听到16-20千赫兹(KHZ)的声波,低于16赫兹的声波称为次声波或亚声波,超过20千赫兹的声波称为超声波。
  超声波的两个主要参数是频率和功率密度:
  频率:F≥20KHz;
  功率密度:p=发射功率(W)/发射面积(cm2),通常p≥0.3w/cm2。
  超声波的空化作用是指存在于液体中的微气核空化泡在声波的作用下振动,当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。超声波作用于液体时可产生大量小气泡。一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压,压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和,而从液体逸出,成为小气泡。另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞,称为空化。
  超声波的几大“不俗”应用:
  ★中药萃取
  中药物料内部或多或少地溶解了一些微气泡,在超声波的作用下产生振动,就是超声波的空化效应。这种气泡在闭合时会在其周围产生几千个大气压的压力,形成微激波,它可造成植物细胞壁及整个生物体破裂,而且整个破裂过程在瞬间完成,有利于有效成分的溶出,促使药物有效成分进入介质,并于介质充分混合,加快了提取过程的进行,并提高了药物有效成分的提取率。
  优点:
  1.无需加热;
  2.药物成分的提取;
  3.溶剂用量少,节约溶剂;
  4.物理过程,无化学反应发生;
  5.提取物成分精制。
  ★纺织染料
  超声波染色已经广泛应用于印染行业。有研究对涤纶针织物进行超声波染色,并与未经过超声波处理的常规染料染色进行对比。利用红外和显微镜研究超声波雾化处理对分散染液的影响。数据表明超声波处理分散染料之后使得染料的颗粒明显变小且分子结构分布更加均匀,并且化学结构没有明显改变。
  优点:
  快速着色;提高色强度和色牢度;低温印染,不伤害织物;可以兼容多种织物。
  ★石墨烯
  超声法剥离石墨烯主要源于超声波的空化效应,当压应力波传播到石墨体的表面时,石墨体就会反射产生拉应力。因此,当无数微小气泡破裂时,在石墨薄片之间的拉应力会不断增加,直到剥离石墨烯薄片。
  优点:
  分散时间短;分散的颗粒更细更均匀;石墨烯高度稳定;节能环保。
  ★纳米颗粒
  纳米粒子正越来越广泛地被使用,如电池、涂料、建筑材料、美容护肤等。颗粒越小,可用性越高。超声波振动产生的高剪切力会解聚并减少材料的颗粒。解聚后,颗粒的粒径减小,数量增加,并且每个小颗粒之间的接触面积减小。
  优点:
  1.超声波分散技术能产生机械分散、破碎设备不能产生的超微粒子;
  2.处理的粒子分布均匀;
  3.处理的粒子稳定性强,不易球形凝聚。
  ★氧化铝
  在沉淀法中主要利用超声波的机械振动对沉淀形成过程的动力学影响,以及超声波的剪切破碎机理对颗粒尺度的控制作用。超声波能加快晶体的形成,使晶体粒径分布均一化。
  优点是分散效果均一,性价比高。
  ★乳化
  在超声波能量的作用下,两种或多种不相容的液体混合在一起,其中一种液体均匀地分散在另一种液体之中形成乳液状液体,这种处理过程称为超声波乳化。
  优点是可以控制乳状液的类型,生产乳液所需的功率小,所形成的乳液更加稳定。
  ★水处理
  超声波在水处理方面的应用非常广泛,可以进行污水处理(降解氨、氮),另外超声波技术在海上钻进平台管道的抑藻,除藻,船舶压载水灭菌,分解有机物,饮用水深度处理,消毒和污泥处理(污泥脱水和促进厌氧发酵)等方面都有应用。
  ★搅拌
  首先传统的机械搅拌和超声波搅拌同属于物理机械搅拌,前者是利用搅拌桨高速旋转作用于物料,超声波则是高频振动产生的剪切力作用物料,使液体产生振荡,从而起到混匀液态物料之作用。另外有所不同的是,传统机械搅拌是从宏观上对液体进行混合的过程,难以充分混匀。搅拌功率可以做的相对较大,宏观搅拌速度也较快。所以机械搅拌适用于那些对混匀度要求不高的场合。而超声波搅拌机却是从微观(分子层面)角度对液态物料进行混合,混匀程度高,混合细腻、充分,所以超声波搅拌器适合用于那些对混匀度要求高和分子颗粒细的领域。不过超声波辐射范围有限,两者各有特点。实际应用中也是取长补短。如果能与传统机械搅拌配合使用,既能保证搅拌效率,又能保证搅拌效果。