有關(guān)超聲波去污及發(fā)展的綜述

朱康甫 張前欣 郭豪峰 張軒 張宏

摘 要：隨著現(xiàn)代生活的進(jìn)步和電子工業(yè)的發(fā)展，衣物清洗技術(shù)逐漸走向更新的發(fā)展方向，世界上第一臺(tái)超聲波清洗機(jī)誕生于1951年，用于清洗復(fù)雜的機(jī)器零部件。對(duì)于超聲波而言，它的特性是在均勻的介質(zhì)中沿直線傳播，在液體中傳播時(shí)能夠在固體和液體的交界面上產(chǎn)生高速的沖擊微射流，有助于將局部污漬溶解或?qū)㈦s物從固液交換面中脫落，同時(shí)利用超聲波的空化作用，并由此產(chǎn)生的空化氣泡會(huì)將將污層脫落，擊碎污物。例如，超聲波污漬清洗器針對(duì)局部污漬進(jìn)行定點(diǎn)清洗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)去污除漬的高效節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：超聲波去污；空化作用；高效節(jié)能

引言

超聲波是頻率20Hz～10MHz的機(jī)械波。其應(yīng)用在清洗質(zhì)地堅(jiān)硬物件已有很長(zhǎng)歷史，據(jù)統(tǒng)計(jì)其清洗效率以可達(dá)95%以上且清洗的清潔度非常高，具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景，由于對(duì)超聲波清洗衣物的研究較少，本文主要從超聲波清洗原理，超聲波清洗發(fā)展以及超聲波清洗影響因素等方面進(jìn)行理論總結(jié)和研究，定性研究不同情況下其去污效果的不同，為人們了解超聲波除漬提供一定參考。

1超聲波清洗原理

超聲波清洗原理是指由通過超聲波發(fā)生器發(fā)出高頻振蕩信號(hào)，然后通過換能器將高頻震蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩，進(jìn)而傳播到介質(zhì)，在介質(zhì)中發(fā)生空化作用去除污漬。在傳播過程中，超聲波不斷向前輻射，使液體流動(dòng)而產(chǎn)生微小氣泡，氣泡與氣泡之間不斷碰撞擠壓，氣泡破裂沖擊污漬，或者鉆入污漬間形成間隙，使污漬破裂分解。

2超聲波清洗的國(guó)內(nèi)外發(fā)展

2.1超聲波清洗技術(shù)的起源

超聲波清洗被稱為“無刷清洗”，其原理是通過超聲波在水中形成空化現(xiàn)象，讓水在內(nèi)部形成氣泡，通過不同氣壓的變化對(duì)污漬形成沖擊，使得物體表面的污染物快速脫離。此外，超聲波清洗的適用范圍很廣，在19世紀(jì)時(shí)主要應(yīng)用于金屬部件清洗，其清洗領(lǐng)域也涉及廣泛，有軍工領(lǐng)域、工業(yè)制造領(lǐng)域、電子通信領(lǐng)域、醫(yī)藥設(shè)施領(lǐng)域等，現(xiàn)在涉及于生活家居領(lǐng)域。日本專家柴野佳英經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，事實(shí)上，氣泡只是由超聲波的強(qiáng)力粗密波引起的純真的氣體爆發(fā)而已，它反而會(huì)抑制乃至消除超聲波清洗器的清洗力，真正發(fā)揮清洗作用的是真空的氣穴。這一發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了超聲波清洗器領(lǐng)域的革命性突破。

2.2國(guó)內(nèi)外超聲波清洗技術(shù)研究概況

① 國(guó)內(nèi)方面：我國(guó)的超聲波清洗技術(shù)方面研究相對(duì)較早，超聲波清洗技術(shù)在我國(guó)發(fā)展非常迅速，同時(shí)超聲波清洗也以其優(yōu)越的性能在市場(chǎng)嶄露頭角，例如：有金屬元件噴涂、樹脂鏡片、濾光片等高級(jí)光學(xué)鏡片清洗、醫(yī)療器械、高級(jí)實(shí)驗(yàn)器材、食品加工制造器械清洗等。

② 國(guó)際方面：

自19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，在物理學(xué)上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)與反壓電效應(yīng)之后，人們發(fā)現(xiàn)了利用電子學(xué)技術(shù)產(chǎn)生超聲波的辦法，從此揭開了發(fā)展與推廣超聲技術(shù)的歷史篇章。國(guó)外超聲波清洗設(shè)備種類繁多，超聲波清洗設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，各種超聲波清洗設(shè)備不斷推陳出新。高頻超聲波清洗技術(shù)在國(guó)外超聲波清洗設(shè)備中所占比重非常大。例如美國(guó)的Verteq、Imtec、ProSys公司研制的高頻超聲波清洗機(jī)用來清洗微小芯片，其清洗機(jī)可以把0.15納米的污染物清洗掉，還可以防止污染物再次污染。

3.超聲波清洗影響因素

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，超聲波洗滌衣物效果主要與產(chǎn)生的空化效應(yīng)的強(qiáng)弱有關(guān)，而空化效應(yīng)受到超聲波的功率密度、超聲波的頻率等因素的影響，此外，洗滌效果還受到洗滌劑的種類、洗滌時(shí)的水溫以及洗滌時(shí)間的影響。

1、超聲波的功率密度直接影響到超聲波聲強(qiáng)的大小，從而影響空化效應(yīng)的的強(qiáng)弱。超聲波功率密度增大，聲強(qiáng)增大，空化強(qiáng)度從而增大，洗滌效果提高，但當(dāng)聲強(qiáng)增大到一定程度后，空化作用達(dá)到飽和，此時(shí)再增大聲強(qiáng)，產(chǎn)生的大量無用氣泡反而會(huì)降低空化效果。

2、超聲波的頻率則影響空化作用產(chǎn)生的難易程度，頻率較低時(shí)空化作用易產(chǎn)生，且空化強(qiáng)度大，產(chǎn)生的空化氣泡尺寸較大，破裂時(shí)產(chǎn)生的沖擊力也更大。因此超聲波洗滌衣物一般選擇頻率為40KHZ的低頻段清洗。

3、在相同條件下用清水、洗衣液、洗衣粉對(duì)衣服進(jìn)行超聲波洗滌，清水洗滌效果最好，洗衣液次之，洗衣粉則為三者中最差。因?yàn)橄礈煲核a(chǎn)生的泡沫會(huì)影響空化作用產(chǎn)生氣泡的過程。直接使用清水洗滌不僅洗滌效果好，而且可以減少漂洗衣物的次數(shù)，節(jié)約用水。

4、在一定范圍內(nèi)溫度越高，產(chǎn)生空化氣泡越容易，有利于污漬分解，但溫度過高時(shí)，氣泡中蒸氣壓增大，氣泡閉合時(shí)會(huì)增強(qiáng)緩沖作用，導(dǎo)致空化作用減弱，并且不同種類的污漬所需要的最佳水溫也不同。一般來說，水溫在40攝氏度左右超聲波洗滌效果最好。

5、在對(duì)衣物進(jìn)行超聲波洗滌時(shí)要控制好洗滌時(shí)間，不宜過長(zhǎng)或過短。時(shí)間過長(zhǎng)可能會(huì)使衣物掉色，破壞衣物原本的結(jié)構(gòu)；時(shí)間過短洗滌效果則不理想。因此將洗滌時(shí)間控制在20到30分鐘內(nèi)即可。

4結(jié)語

超聲波清潔不斷進(jìn)步與發(fā)展，且超聲波在感應(yīng)儀器以及測(cè)量?jī)x器中也應(yīng)用廣泛，超聲波傳感器在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會(huì)需求。

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作者簡(jiǎn)介：

朱康甫，出生年月：1996.10，性別：男，民族：漢族，籍貫（精確到市）：河南省許昌市，學(xué)歷：本科，研究方向：能源與動(dòng)力工程