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超声波清洗中的空腔效应是什么?
发布时间:2019-06-18 点击次数:1278次
   体有触觉、听觉、视觉等各种可以感知外界的功能,但是除却这些我们可以感知到的东西,人体外还有很多未知的世界值得我们去探访寻觅。我国科学家经过偶然的一次实验发现了超声波的清洗功能,这种不能被人看到、摸到或者听到的波纹却为人们的生活带来了更大的可能。
  
  超声波主要具有机械效应(如传声媒质的质点振动位移、速度、加速度、声压等力学量)、热效应(声波在传播过程中其部分能量被媒质吸收变成热能)和空腔效应。其中空腔效应是声化学的应用理论基础,也为重要。空腔效应由成核、微泡生长、空腔塌陷三步组成。在反应体系中,液体内存在张力弱区,即液体内溶有气体或在尘埃的液固界面上存在气体—作为气核,在超声波作用下,气核膨胀长大,并为周围的液体蒸气或气体充满,由于内外压力悬殊使空腔塌陷、破裂,把集中的声场能量在极短的时间和极小的空间内释放出来,使介质局部形成几百到几千K的高温和超过数百个大气压的高压环境,并产生出很大的冲击力,起到激烈搅拌的作用,同时生成大量微泡。它们又作为新的气核,使该循环继续下去,这就是空腔效应。
  
  当然并不是液体中所有的气核都能产生空腔效应,只有当外加的超声波频率与气核的固有频率相同时,空腔效应才能发生。同时也受到其它如声波的强度、液体介质的温度以及介质的蒸汽压等的影响。诱导产生空腔效应的超声波频率以20kHz~80kHz为适当。过高的频率不易产生空腔效应,即使产生也需要大量的能量,而且其中大部分能量被转化为热能,使介质温度明显提高。低强度超声波的应用不会引起介质的任何状态变化,只有高强度超声波的应用才可能对介质有强烈的影响,引发空腔效应。对大多数化学反应来说,反应速度均随声强的增加而增加。但是,超声波强度的作用受介质温度的影响极大。研究表明,随着液体温度的提高,声强的影响明显下降,在50℃水中发生的空腔效应大。
  
  清洗剂的配制:
  
  超声波清洗机所用的清洗剂多为液体洗涤剂,组成模式为:表面活性剂、赘合剂、其他助剂,还有其它有机溶剂如三氯乙烯。
  
  某物质当其溶于水即使浓度很小时,能显著降低水同空气的表面张力,或水同其他物质的界面张力,则该物质称为表面活性剂。水溶性表面活性剂的分子结构都具有不对称的、极性的特点。
  
  向吸附在水溶液同其他相的界面上,这样大大改变了体系的物理性质,特别是各相界面的界面张力。
  
  根据表面活性剂溶于水时亲水基团所表现出来的电性,可把表面活性剂分为阴离子、阳离子、中性及两性表面活性剂。
  
  螯合剂和溶液中的某些金属离子如Ca2+、Mg2+等形成稳定的螯合体,从而使洗涤剂具有抗硬水性的功能,具体到镜片清洗时,又可和镜片表面的某些含Ca2+、Mg2+的物质化合而达到清洗作用。
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