超聲波知識介紹
超聲學(xué)是聲學(xué)的一個重要分支或組成部分。它以研究超聲在各種物質(zhì)中產(chǎn)生,、傳播,、接收及與物質(zhì)的相互作用、產(chǎn)生的各種效應(yīng)和應(yīng)用為主要內(nèi)容,。聲波屬于機械波,，是機械振動在彈性媒質(zhì)中的傳播。現(xiàn)代聲學(xué)已涵蓋了從10-4—1014Hz的頻率范圍,，相當于從大約3小時振動一次的次聲到波長短于固體中原子間距的分子熱振動,，即跨越了1018 量級的寬廣頻段。
超聲是指頻率高于可聽聲頻率范圍的聲波?，F(xiàn)代聲學(xué)中規(guī)定人耳可聽到的聲波頻率上限為2×104Hz,。一般而言，人們通常所說的超聲是指頻率高于20KHz.的聲波,；而把頻率高于108 Hz的超聲波稱為特超聲,。在超聲頻段中， 108 —1012 Hz頻段的超聲因與電磁波譜中的微波頻段相對應(yīng),，故又稱為微波超聲,。
超聲波傳播一般具有一定的功率范圍，傳播方式不同,，功率范圍也不一樣,。連續(xù)波超聲一般在毫瓦—--幾十千瓦范圍。脈沖波超聲可擴充為幾分之一毫瓦—--幾兆瓦,。相應(yīng)地,，從聲強角度看，聚焦連續(xù)波超聲在液體中,，因受空化的限制,，上限約可達幾十千瓦每平方厘米；而聚焦脈沖超聲在焦斑中心,，甚至可達幾十兆瓦每平方厘米,。由于脈沖波超聲具有更大的功率范圍和更強的聲強強度，現(xiàn)代超聲應(yīng)用如超聲清洗,、超聲細胞粉碎大都采用脈沖波超聲,。
超聲在氣體、液體,、固體,、固熔體等物質(zhì)中，均能有效地傳播,。不同頻率,、功率,、強度的超聲波，在不同媒質(zhì)中,，都具有其獨特的傳播特性及效應(yīng),，因而也有其相應(yīng)的研究內(nèi)容及廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過幾十年的研究,，隨著超聲研究的不斷深入,，超聲的應(yīng)用也越來越廣泛,。
超聲波技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè),、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥,、衛(wèi)生,、國防等領(lǐng)域，尤其在提取中草藥成份方面的應(yīng)用正受到越來越多的重視,。超聲波特性主要有如下幾方面：
（1）空化效應(yīng),。當大能量的超聲波作用于提取介質(zhì)時，在振動處于稀疏狀態(tài)時,，介質(zhì)被撕裂成許多小空穴,，這些小空穴瞬時即閉合，閉合時產(chǎn)生高達幾千大氣壓的瞬時壓力,，即空化現(xiàn)象,。在超聲場中液體中的微小氣泡首先經(jīng)歷氣泡的振蕩及生長過程，既穩(wěn)態(tài)空化,；然后是氣泡的壓縮和崩潰過程,，即瞬態(tài)空化?？栈挟a(chǎn)生的極大壓力造成被破碎物細胞壁及整個生物體破裂,，而且整個破裂過程在瞬間完成，提高了破碎速度,，縮短了破碎時間,，可極大地提高提取效率。超聲波作用時其效果不僅取決于超聲波的強度和頻率,，而且與被破碎物的結(jié)構(gòu)功能有一定關(guān)系,。由于提取介質(zhì)中氣泡尺寸不是單一的，而是存在一個分布范圍,，所以超聲波頻率應(yīng)有一定范圍的變化,，即有一個帶寬。
（2）熱效應(yīng),。超聲波在媒質(zhì)質(zhì)點傳播過程中其能量不斷被媒質(zhì)質(zhì)點吸收變成熱能,，導(dǎo)致媒質(zhì)質(zhì)點溫度升高,，即超聲波熱學(xué)機制。氣泡崩塌之后,，泡內(nèi)“熱點”驟然冷卻,，冷卻速度達108 K/s。這相當于金屬熔漿放入液氮的急劇冷卻速率,。
（3）機械攪拌,。超聲的高頻振動及輻射壓力可在氣、液體中形成有效的攪動與流動,，可使媒質(zhì)質(zhì)點在其傳播空間內(nèi)進入振動狀態(tài)強化細胞內(nèi)物質(zhì)的釋放,、擴散及溶解；空化氣泡振動對固體表面產(chǎn)生的強烈射流及局部微沖流,，均能顯著減弱液體的表面張力及磨擦力,，并破壞固-液界面的附面層，因而達到普通低頻機械攪動達不到的效果,。
（4）強化擴散,。利用超聲振動及空化的壓力、高溫效應(yīng),，促使兩種液體,，兩種固體，或液-固,、液-氣界面之間,，發(fā)生分子的相互滲透，形成新的物質(zhì)屬性,。金屬或塑料的超聲焊接,，超聲乳化、清洗,、霧化可歸為此類作用,。
（5）乳化作用?？栈瘹馀蓍]合后產(chǎn)生的局部沖擊波,，可粉碎液體中的顆粒，使其細化,；使結(jié)晶均勻,；將較大、不均勻乳滴分散為微小均勻藥劑（如醫(yī)用造影劑,、治癌藥劑等）,；甚至可包括消溶血栓等作用。
（6）凝聚作用。超聲振動可使氣,、液媒質(zhì)中懸浮粒子以不同速度運動,，增加相碰撞機會；或利用駐波使它們趨于波腹處,，從而發(fā)生凝聚過程,。煙道收塵、人工降雨可屬此類,。
（7）機械粉碎作用,。利用高強度超聲脈沖，可以粉碎人體內(nèi)的腎結(jié)石和膽結(jié)石而不損傷軟組織,。
