| 通常来说，磁悬浮技术是被很多人所熟知的。毕竟，世界上已经有不少城市都开通了磁悬浮列车专线。这种技术所能够带来的好处想必很多人都已经非常清楚了。在悬浮的情况下，摩擦力会被大大的降低，从而可以使车辆的速度得到质的提升，真正意义上做到“距离不是问题。” 然而很多人可能都不知道，其实在除了磁悬浮之外，还有一种声悬浮的技术。近期，国外的一位大神就为我们实力展示了这项技术。他将两个扬声器一上一下相对放置并精确对准，从而实现声悬浮。从动图中我们可以清楚的看出，三个小球连成一条直线在空中漂浮。 其实，有关这项技术，最早可以追溯到 1866 年。当时德国的科学家孔特(Kundt)首先发现了谐振管中的声波可以悬浮起灰尘颗粒的试验现象。而与磁悬浮技术相比，这项技术拥有不受导电材料限制，且悬浮和加热可分别控制，因此悬浮效果较为稳定，也容易控制的特点。 声悬浮是高声强条件下的一种非线性效应，其基本原理是利用声驻波与物体的相互作用产生竖直方向的悬浮力以克服物体的重量。近年来，这项技术多被用于一些自然科学研究当中。下面我们来简单介绍一下这项技术： 1、声悬浮技术的原理和装置 声或超声悬浮：在重力或微重力空间利用强驻波声场中的辐射压力与悬浮体重力相平衡，而使其稳定悬浮在声场中的技术。 声悬浮技术的原理和装置 图1 声悬浮装置 声反射面 悬浮物 图1是单轴声悬浮的原理图。活塞声源装在长圆管的下部，在活塞辐射面的对面设有反射器，在其间建立驻波声场。辐射面与反射面相距为半波长的整数倍。当声场中的辐射压力与物体的重力相平衡时，物体即悬浮在空间。这种单轴声悬浮装置，如果是理想的平面驻波声场，则在声压最小平面内的任一位置都能稳定悬浮。但实际上辐射面的振动不可能完全均匀，声压最小平面也不是无限大，因此声压最小平面上的声压分布是不均匀的，有峰点和谷点，物体被稳定地悬浮在谷点上。如果改变反射器的距离惑声源的频率，则可以实现悬浮体在空间的移动。这种装置适于空气中应用。 图2 液体介质声悬浮装置 另一种适用于液体介质中应用的声悬浮装置如图2所示。用一根外径3cm，长25cm的玻璃管，一端开口，一端装有带“O”形密封圈的可移动活塞。管内装有某种与待测液体不相溶的液体介质，借助于活塞的移动来调节管内液面的高度。圆管形压电换能器(外径3.81cm，高3.81cm，厚0.32cm)用胶粘在玻璃管的外侧。另外，装有液滴注入系统和位置监测系统。当换能器被超声波发生器产生的电信号激励时，调节液面高度或超声振动频率可使换能器、玻璃管及液柱系统发生共振，这时在液柱中即可产生强烈的声驻波。此时将被测液滴注入，该液滴便悬浮于一定位置。通过移动活塞或改变超声振动频率均可以改变液滴悬浮的位置。 为灵活的控制物体的悬浮位置，发展了一种三轴声悬浮装置。在一个六面长方体腔中，有三面布置三个声源，其激励可以独立调节，因而能灵活控制物体在空间某一位置的稳定悬浮。如果对某一声轴的声压加以调制，则可以实现悬浮液滴的振荡，也可以实现悬浮体的声致旋转。此外，为实现对悬浮体的处理，还发展了高温声悬浮装置。 2、声悬浮技术的特点 · 可以悬浮任何材料，包括磁性和非磁性体，导体和绝缘体; · 定位方便、稳定，不容易失控; · 可以方便地实现样品的输送，如从高温区输送到低温区; · 能使样品旋转、振动和变形，有利于样品保持球形、脱气、表面涂敷和材料的分选; · 利用空化效应，可以使材料混合粉碎和雾化等等。 3、声悬浮技术的应用 (1) 流体力学方面的研究 无容器技术为流体力学的研究提供了很好的环境，如液滴的自由振荡与受迫振荡，泡壁的自由振荡与受迫振荡，声场压力及液体粘滞对液滴振荡特性的影响，用无容器技术进行研究都得到很有用的结果。在太空中用声悬浮技术使液滴振荡能提高滴的球度和壳的均匀度，对于聚变靶的制造有重要意义。可以用来测量表面张力，特别是对不允许有容器接触的过冷、过热液体的研究是很有用的。 (2) 液体和熔融材料物理性质的测量 有些材料的性质不能在容器中测量，如过冷和过热液体、过饱和溶液、高纯度或高活性物质等，其表面张力、粘滞性等在无容器条件下测量是合适的。 (3) 无容器条件下对材料的处理和研究 无容器处理材料避免了器壁对材料的污染，能够制备高纯度、高活性和高熔点的材料;许多材料的结晶过程在无容器环境下进行可以避免器壁与材料接触而导致大量非均匀成核。 无容器技术可用于生长某些高质量的单晶，或制备极易偏析的合金;另一方面，完全无序的非晶态具有许多晶态材料没有的优异性质，因此人们越来越多地在化合物或合金中寻求玻璃态。但许多物质，尤其是金属，在熔融状态下粘滞度很小，器壁的非均匀成核导致迅速结晶.空间无容器处理基本上杜绝了异质晶核的来源，在高温处理时不需要考虑容器的耐高温、耐腐蚀等问题。 利用声压梯度和旋转，在玻璃制备过程中可以除气;一些亚稳合金化合物具有较高的超导转变温度，但亚稳态的形成需要深度过冷，需要借助于无容器技术。 (4) 利用超声悬浮场的能量处理材料 在制备一些新合金、纤维增强复合材料时都需要进行均匀合成或分散。空间微重力环境虽然消除了密度差异所带来的互相分离的因素，但也丧失了使它们均匀分散的主要手段——对流。超声空化、微冲流和辐射压力却是使材料均匀化的一种有效手段。此外，空化还兼有乳化作用，可使晶粒变细;在空间，重力分选失效时，声致旋转可以进行离心分选;声悬浮场还可用于材料的外形或表面加工，可以得到球形、片和丝等形状的材料，可以进行表面涂敷等等。 本文综合自锋科技网(feng.com)《除了磁悬浮之外 你知不知道还有声悬浮技术》和百度文库《声学新技术》。 |
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