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声音的力量——“隔空取物”,液滴的超声悬浮与操控
金陵 2016-07-11
导语

声波强如狮吼功,可以击溃万马千军;声波也可以精细如镊子,利用超声波可以实现液体弹珠表面颗粒层的打开与闭合,还可以让多个液体弹珠凝并,也可使液滴转变为气泡。

声波强如狮吼功,可以击溃万马千军,可以杀人于千里之外;

图:声波操控器

声波也可以精巧如镊子(参见:声波镊子),实现“隔空取物”的神功。

图:声波操控器

除了这些,声波还能做到什么?下面就给大家介绍超声波更加神奇的应用。

水滴落在桌面上会马上铺开并粘在上面,而玻璃弹珠却可在桌面上滚来滚去,不受粘附。

能否让水滴也像玻璃弹珠一样在桌面滚动吗?有办法!

那就是给水滴“穿”上一层微/纳米颗粒的铠甲,这层铠甲具有一定的疏水性。穿上铠甲的水滴就变成了“液体弹珠”,不但可以自由滚动,甚至还可以蹦来蹦去。

图:液体弹珠的弹跳

正因为有这层不润湿的微/纳米铠甲,使得液体弹珠的转移和操作非常方便,并且非常适合于用作微型的生物/化学反应器。但这层铠甲的存在对有效地在液体弹珠内部添加化学反应物是不利的。

怎么把它穿的铠甲打开呢?

借助超声悬浮可以方便地实现液体弹珠表面颗粒层的打开与闭合这种开/合操作完全可逆,就像开门关门一样。当门打开时,把化学反应物放进去,再关好门。液体弹珠还可以从声场中取出来而保持完好无损,从而为后续分析检测创造便利。

图:液体弹珠的声悬浮与表面开/合操控

超声悬浮还可以让两个或多个液体弹珠发生凝并,即融合聚并变成一个。

整个过程不借助任何外力,只需把液体弹珠放在声悬浮装置中,声场就会把液体弹珠拉到一起并使之发生凝并。在液体弹珠内装载不同的反应物质,利用声悬浮使之凝并,这将会是诱发化学反应的一种新方式。

图:超声悬浮诱导的液滴凝并

更为神奇的是,声悬浮条件可使液滴转变为气泡。

不同于吹气泡,超声悬浮条件下,液滴先被声场“压”成薄片状的液膜,继续调控声场,薄膜被弯成碗状,碗的边缘会快速收缩合口,最终形成一个闭合的气泡。值得一提的是,声悬浮条件下的气泡具有超稳定性,一般要半小时以上才会破裂。

图:超声悬浮条件下的液滴-气泡转变

超声悬浮为液滴提供了一种难得的地面模拟的太空无容器环境。

声悬浮液滴除了在物理、力学等基础研究方面大有用途之外,还可作为功能强大的新型微反应器,将在生命科学、新药物研制和新材料开发等领域发挥重要作用。总之,超声悬浮是对液滴进行悬浮操作的强大工具,只要我们能够精确控制声场,液滴就能做出相应的响应。

(本文部分内容来源:西北工业大学网站;特别声明:本文转载仅仅处于传播信息的需要,如果作者不希望被转载,请联系我们!)

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  • 声悬浮
  • 声操控
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文章评论(2)
柏岩[北京航空航天大学]

狮吼功看懂了,其他的神马东西

797天前 | 回复
爬上海岸的鱼[SYNNEX China]

很神奇,这到底是怎么回事?

800天前 | 回复
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作者 金陵

本科生

北京大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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