超聲波技術簡介（一）——技術原理

超聲波結構圖

超聲波原理

      超聲波在傳播過程中與媒介相互作用，相位和振幅發生變化，使媒質的一些物理、化學和生物特性或狀態發生改變，或者使這種改變的過程加快，從而產生一系列效應，如力學、熱學、化學和生物效應等。這些效應可歸結以下幾項作用[1]：

空化作用

      空化泡在超聲波縱向傳播形成的負壓區生長，行成氣泡界面。

     在正壓區迅速閉合，從而在交替正負壓強下受到壓縮和拉伸。

      高速微射流對遠端氣泡一側的沖擊產生水錘沖擊，即沖擊波。

      沖擊波向外呈放射狀傳播，擊中樣品固體表面，反射到氣泡，氣泡變為渦旋向固體表面對流，形成巨大的瞬時壓力；這種巨大的瞬時壓力，可以使懸浮在液體中的固體顆粒或生物細胞組織表面受到急劇的破壞。

       除以上作用之外，還有機械作用、熱學作用及其他作用：

機械作用

      超聲在傳播過程中，會引起介質質點交替的壓縮與伸張，構成壓力變化，壓力的變化將引起機械效應。超聲引起的介質質點運動，雖然位移和速度不大，但與超聲震動頻率的平方成正比的質點加速度卻很大，有時超過重力加速度的數萬倍，這么大的加速度足以造成對介質的強大機械效應。

熱學作用

      如果超聲波作用于介質中被介質吸收，也就是有能量吸收。同時由于超聲的振動，使介質產生強烈的高頻震蕩，介質間相互摩擦而發熱，這種能量使液體、固體溫度升高。超聲在穿透兩種不同介質的分界面上，溫度升高更大，這是分界面上特性阻抗不同，將產生反射，形成駐波引起分子間的相對摩擦而發熱。

其他作用

      超聲的空化作用能引起氧化作用，例如在蒸餾水中經短時的超聲處理后，產生*。在溶有氮的水中經超聲處理后就產生硝酸。超聲還有還原作用和影響金屬的電力分解作用。

參考文獻

[1]席細平，馬重芳，王偉.超聲波技術應用現狀[J].山西化工，2007,27（1）：25-29.