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您對“超聲波”到底認識多少 它的應用又如何?

更新時間:2021-01-04  |  點擊率:1473
   所謂超聲波是指人耳聽不見的聲波。正常人的聽覺可以聽到16-20千赫茲(KHZ)的聲波,低于16赫茲的聲波稱為次聲波或亞聲波,超過20千赫茲的聲波稱為超聲波。
  超聲波的兩個主要參數是頻率和功率密度:
  頻率:F≥20KHz;
  功率密度:p=發射功率(W)/發射面積(cm2),通常p≥0.3w/cm2。
  超聲波的空化作用是指存在于液體中的微氣核空化泡在聲波的作用下振動,當聲壓達到一定值時發生的生長和崩潰的動力學過程。超聲波作用于液體時可產生大量小氣泡。一個原因是液體內局部出現拉應力而形成負壓,壓強的降低使原來溶于液體的氣體過飽和,而從液體逸出,成為小氣泡。另一原因是強大的拉應力把液體“撕開”成一空洞,稱為空化。
  超聲波的幾大“不俗”應用:
  ★中藥萃取
  中藥物料內部或多或少地溶解了一些微氣泡,在超聲波的作用下產生振動,就是超聲波的空化效應。這種氣泡在閉合時會在其周圍產生幾千個大氣壓的壓力,形成微激波,它可造成植物細胞壁及整個生物體破裂,而且整個破裂過程在瞬間完成,有利于有效成分的溶出,促使藥物有效成分進入介質,并于介質充分混合,加快了提取過程的進行,并提高了藥物有效成分的提取率。
  優點:
  1.無需加熱;
  2.藥物成分的提??;
  3.溶劑用量少,節約溶劑;
  4.物理過程,無化學反應發生;
  5.提取物成分精制。
  ★紡織染料
  超聲波染色已經廣泛應用于印染行業。有研究對滌綸針織物進行超聲波染色,并與未經過超聲波處理的常規染料染色進行對比。利用紅外和顯微鏡研究超聲波霧化處理對分散染液的影響。數據表明超聲波處理分散染料之后使得染料的顆粒明顯變小且分子結構分布更加均勻,并且化學結構沒有明顯改變。
  優點:
  快速著色;提高色強度和色牢度;低溫印染,不傷害織物;可以兼容多種織物。
  ★石墨烯
  超聲法剝離石墨烯主要源于超聲波的空化效應,當壓應力波傳播到石墨體的表面時,石墨體就會反射產生拉應力。因此,當無數微小氣泡破裂時,在石墨薄片之間的拉應力會不斷增加,直到剝離石墨烯薄片。
  優點:
  分散時間短;分散的顆粒更細更均勻;石墨烯高度穩定;節能環保。
  ★納米顆粒
  納米粒子正越來越廣泛地被使用,如電池、涂料、建筑材料、美容護膚等。顆粒越小,可用性越高。超聲波振動產生的高剪切力會解聚并減少材料的顆粒。解聚后,顆粒的粒徑減小,數量增加,并且每個小顆粒之間的接觸面積減小。
  優點:
  1.超聲波分散技術能產生機械分散、破碎設備不能產生的超微粒子;
  2.處理的粒子分布均勻;
  3.處理的粒子穩定性強,不易球形凝聚。
  ★氧化鋁
  在沉淀法中主要利用超聲波的機械振動對沉淀形成過程的動力學影響,以及超聲波的剪切破碎機理對顆粒尺度的控制作用。超聲波能加快晶體的形成,使晶體粒徑分布均一化。
  優點是分散效果均一,性價比高。
  ★乳化
  在超聲波能量的作用下,兩種或多種不相容的液體混合在一起,其中一種液體均勻地分散在另一種液體之中形成乳液狀液體,這種處理過程稱為超聲波乳化。
  優點是可以控制乳狀液的類型,生產乳液所需的功率小,所形成的乳液更加穩定。
  ★水處理
  超聲波在水處理方面的應用非常廣泛,可以進行污水處理(降解氨、氮),另外超聲波技術在海上鉆進平臺管道的抑藻,除藻,船舶壓載水滅菌,分解有機物,飲用水深度處理,消毒和污泥處理(污泥脫水和促進厭氧發酵)等方面都有應用。
  ★攪拌
  首先傳統的機械攪拌和超聲波攪拌同屬于物理機械攪拌,前者是利用攪拌槳高速旋轉作用于物料,超聲波則是高頻振動產生的剪切力作用物料,使液體產生振蕩,從而起到混勻液態物料之作用。另外有所不同的是,傳統機械攪拌是從宏觀上對液體進行混合的過程,難以充分混勻。攪拌功率可以做的相對較大,宏觀攪拌速度也較快。所以機械攪拌適用于那些對混勻度要求不高的場合。而超聲波攪拌機卻是從微觀(分子層面)角度對液態物料進行混合,混勻程度高,混合細膩、充分,所以超聲波攪拌器適合用于那些對混勻度要求高和分子顆粒細的領域。不過超聲波輻射范圍有限,兩者各有特點。實際應用中也是取長補短。如果能與傳統機械攪拌配合使用,既能保證攪拌效率,又能保證攪拌效果。
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