小学生科普知识:神奇的强力“清洗剂”【超声波清洗原理】

超声波清洗牙齿,应该有好多同学都试过了,好多同学就会好奇了,这是怎么做到的呢?今天就由童乐福儿童网科学小编为同学讲解一下这个小学生科普知识。​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​
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适合年龄:6岁以上

难易程度:中级

小磊:乐博士,我看到广告说可以用超声波洗牙,它是怎么清洗的啊?

乐博士:你还记得什么是声波吗?

小磊:嗯……我敲敲鼓面,鼓面就会上下振动,这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播,就是声波。

乐博士:嗯!超声波是振动频率大于20 000нz以上的声波,人耳是听不见的。超声和可闻声本质上是一致的,它们的共同点都是一种机械振动模式,通常以纵波的方式在弹性介质内传播,是一种能量的传播形式。不同点是超声波频率高、波长短,在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。因此,超声波能够对污渍造成巨大冲击破坏,从而“清洗"物体表面的污物。

小磊:那超声波能清洗油污吗?

乐博士:没问题!对于油脂性污物,由于超声空化作用,两种液体在界面会迅速分散而乳化,当被油污裹着的固体粒子黏附在清洗件表面时,由于油被乳化,固体粒子也就脱落了。

小云:看来凡是液体浸入到超声空化作用产生的地方都可以清洗到呀!对于一般刷洗方法清洗不到的部件表面的空穴、凹槽、狭缝和深孔、微孔都能利用超声波清洗,不受清洗件表面复杂形状的限制。太棒了!

乐博士:对于像硅片表面小至零点几微米的超微污物粒子,常规的超声波清洗器无能为力,即使增加功率密度也无济于事。近来发展了一种兆赫兹级的高频超声清洗技术,由于频率高,空化效应已不起作用,因此清洗的关键不是气泡,是高频压力波的擦洗作用,其对污物的去除率接近100%,人们发现用兆声波清洗可以去除掉半导体材料表面上的超细污垢微粒,并且不会损伤基底材料的表面。

主要内容:

  1. 声波与超声波
  2. 兆声波

声波与超声波:声波是物体机械振动状态(或能量)的传播形式,而振动是物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动形式。声波有频率,人耳听觉的上限一般是20000,振动频率大于20000Hz的声波我们就听不见了,这种声波被称为“超声波”。

兆声波:根据超声波的频率不同,把40KHz及其以下的称为常规或低频超声波,把1000kHz以上的称为“高频超声波”,又称“兆频超声波",简称“兆声波"。

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超声波数字清洗机

乐博士提醒你:小磊、小云,你们不是想知道超声波是如何清除污物的吗?超声波在清洗液中疏密相间地向前传播,使液体流动而产生大量微小空化气泡,这些气泡在声场作用下振动,当声压达到一定值时,气泡迅速增长,然后突然闭合,此时发出的冲击波可在其周围产生上千个大气压,对污物层直接反复冲击。一方面破坏污物在清洗件表面的吸附,另一方面也会引起污物层的损坏而脱离清洗件表面并使它们分散到清洗液中。气泡的振动也能对固体表面进行擦洗。气泡还能“钻入”裂缝中做振动,使污物脱落。

相比其他多种清洗方式,超声波清洗机具有巨大的优越性。超声波清洗机的高效率和高清洁度,得益于声波在介质中传播时产生的穿透性和空化冲击,很容易将带有复杂外形、内腔的零部件清洗干净。对一般的除油、防锈、磷化等工艺过程,在超声波作用下只需2-3分钟即可完成,其速度比传统方法可高几倍,甚至几十倍,清洁度也能达到高标准,这在许多对产品表面质量和生产率要求较高的场合,更突出显示了用其他处理方法难以达到的效果。

超声波清洗技术经过几十年来的理论操应用研究,无论在设备还是在工艺上均取得了较的发展,出现了高频超声清洗工艺。高频清洗主要用于超大规模集成电路芯片上的污物清洗、以及硅品片、陶瓷、光掩模等特种污物的清洗。

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