所謂
超聲波是指人耳聽(tīng)不見(jiàn)的聲波。正常人的聽(tīng)覺(jué)可以聽(tīng)到16-20千赫茲(KHZ)的聲波,低于16赫茲的聲波稱(chēng)為次聲波或亞聲波,超過(guò)20千赫茲的聲波稱(chēng)為超聲波。
超聲波的兩個(gè)主要參數是頻率和功率密度:
頻率:F≥20KHz;
功率密度:p=發(fā)射功率(W)/發(fā)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(dòng),當聲壓達到一定值時(shí)發(fā)生的生長(cháng)和崩潰的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。超聲波作用于液體時(shí)可產(chǎn)生大量小氣泡。一個(gè)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(lái)溶于液體的氣體過(guò)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(kāi)”成一空洞,稱(chēng)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(chǎn)生振動(dòng),就是超聲波的空化效應。這種氣泡在閉合時(shí)會(huì )在其周?chē)a(chǎn)生幾千個(gè)大氣壓的壓力,形成微激波,它可造成植物細胞壁及整個(gè)生物體破裂,而且整個(gè)破裂過(guò)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(jìn)入介質(zhì),并于介質(zhì)充分混合,加快了提取過(guò)程的進(jìn)行,并提高了藥物有效成分的提取率。
優(yōu)點(diǎn):
1.無(wú)需加熱;
2.藥物成分的提??;
3.溶劑用量少,節約溶劑;
4.物理過(guò)程,無(wú)化學(xué)反應發(fā)生;
5.提取物成分精制。
★紡織染料
超聲波染色已經(jīng)廣泛應用于印染行業(yè)。有研究對滌綸針織物進(jìn)行超聲波染色,并與未經(jīng)過(guò)超聲波處理的常規染料染色進(jìn)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(xué)結構沒(méi)有明顯改變。
優(yōu)點(diǎn):
快速著(zhù)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(shí),石墨體就會(huì )反射產(chǎn)生拉應力。因此,當無(wú)數微小氣泡破裂時(shí),在石墨薄片之間的拉應力會(huì )不斷增加,直到剝離石墨烯薄片。
優(yōu)點(diǎn):
分散時(shí)間短;分散的顆粒更細更均勻;石墨烯高度穩定;節能環(huán)保。
★納米顆粒
納米粒子正越來(lái)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(dòng)產(chǎn)生的高剪切力會(huì )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(gè)小顆粒之間的接觸面積減小。
優(yōu)點(diǎn):
1.超聲波分散技術(shù)能產(chǎn)生機械分散、破碎設備不能產(chǎn)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(dòng)對沉淀形成過(guò)程的動(dòng)力學(xué)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(yōu)點(diǎn)是分散效果均一,性?xún)r(jià)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(guò)程稱(chēng)為超聲波乳化。
優(yōu)點(diǎn)是可以控制乳狀液的類(lèi)型,生產(chǎn)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(jìn)行污水處理(降解氨、氮),另外超聲波技術(shù)在海上鉆進(jìn)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(jìn)厭氧發(fā)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(dòng)產(chǎn)生的剪切力作用物料,使液體產(chǎn)生振蕩,從而起到混勻液態(tài)物料之作用。另外有所不同的是,傳統機械攪拌是從宏觀(guān)上對液體進(jìn)行混合的過(guò)程,難以充分混勻。攪拌功率可以做的相對較大,宏觀(guān)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(chǎng)合。而超聲波攪拌機卻是從微觀(guān)(分子層面)角度對液態(tài)物料進(jìn)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(lǐng)域。不過(guò)超聲波輻射范圍有限,兩者各有特點(diǎn)。實(shí)際應用中也是取長(cháng)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。