有關超聲波去污及發展的綜述

朱康甫 張前欣 郭豪峰 張軒 張宏

摘 要：隨著現代生活的進步和電子工業的發展，衣物清洗技術逐漸走向更新的發展方向，世界上第一臺超聲波清洗機誕生于1951年，用于清洗復雜的機器零部件。對于超聲波而言，它的特性是在均勻的介質中沿直線傳播，在液體中傳播時能夠在固體和液體的交界面上產生高速的沖擊微射流，有助于將局部污漬溶解或將雜物從固液交換面中脫落，同時利用超聲波的空化作用，并由此產生的空化氣泡會將將污層脫落，擊碎污物。例如，超聲波污漬清洗器針對局部污漬進行定點清洗，進而實現去污除漬的高效節能效果。

關鍵詞：超聲波去污；空化作用；高效節能

引言

超聲波是頻率20Hz～10MHz的機械波。其應用在清洗質地堅硬物件已有很長歷史，據統計其清洗效率以可達95%以上且清洗的清潔度非常高，具有良好的市場應用前景，由于對超聲波清洗衣物的研究較少，本文主要從超聲波清洗原理，超聲波清洗發展以及超聲波清洗影響因素等方面進行理論總結和研究，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生器發出高頻振蕩信號，然后通過換能器將高頻震蕩信號轉換成高頻機械振蕩，進而傳播到介質，在介質中發生空化作用去除污漬。在傳播過程中，超聲波不斷向前輻射，使液體流動而產生微小氣泡，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超聲波清洗的國內外發展

2.1超聲波清洗技術的起源

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象，讓水在內部形成氣泡，通過不同氣壓的變化對污漬形成沖擊，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世紀時主要應用于金屬部件清洗，其清洗領域也涉及廣泛，有軍工領域、工業制造領域、電子通信領域、醫藥設施領域等，現在涉及于生活家居領域。日本專家柴野佳英經過反復試驗發現，事實上，氣泡只是由超聲波的強力粗密波引起的純真的氣體爆發而已，它反而會抑制乃至消除超聲波清洗器的清洗力，真正發揮清洗作用的是真空的氣穴。這一發現實現了超聲波清洗器領域的革命性突破。

2.2國內外超聲波清洗技術研究概況

① 國內方面：我國的超聲波清洗技術方面研究相對較早，超聲波清洗技術在我國發展非常迅速，同時超聲波清洗也以其優越的性能在市場嶄露頭角，例如：有金屬元件噴涂、樹脂鏡片、濾光片等高級光學鏡片清洗、醫療器械、高級實驗器材、食品加工制造器械清洗等。

② 國際方面：

自19世紀末到20世紀初，在物理學上發現了壓電效應與反壓電效應之后，人們發現了利用電子學技術產生超聲波的辦法，從此揭開了發展與推廣超聲技術的歷史篇章。國外超聲波清洗設備種類繁多，超聲波清洗設備應用領域非常廣泛，各種超聲波清洗設備不斷推陳出新。高頻超聲波清洗技術在國外超聲波清洗設備中所占比重非常大。例如美國的Verteq、Imtec、ProSys公司研制的高頻超聲波清洗機用來清洗微小芯片，其清洗機可以把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

經研究發現，超聲波洗滌衣物效果主要與產生的空化效應的強弱有關，而空化效應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、洗滌時的水溫以及洗滌時間的影響。

1、超聲波的功率密度直接影響到超聲波聲強的大小，從而影響空化效應的的強弱。超聲波功率密度增大，聲強增大，空化強度從而增大，洗滌效果提高，但當聲強增大到一定程度后，空化作用達到飽和，此時再增大聲強，產生的大量無用氣泡反而會降低空化效果。

2、超聲波的頻率則影響空化作用產生的難易程度，頻率較低時空化作用易產生，且空化強度大，產生的空化氣泡尺寸較大，破裂時產生的沖擊力也更大。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、洗衣粉對衣服進行超聲波洗滌，清水洗滌效果最好，洗衣液次之，洗衣粉則為三者中最差。因為洗滌液所產生的泡沫會影響空化作用產生氣泡的過程。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，節約用水。

4、在一定范圍內溫度越高，產生空化氣泡越容易，有利于污漬分解，但溫度過高時，氣泡中蒸氣壓增大，氣泡閉合時會增強緩沖作用，導致空化作用減弱，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、在對衣物進行超聲波洗滌時要控制好洗滌時間，不宜過長或過短。時間過長可能會使衣物掉色，破壞衣物原本的結構；時間過短洗滌效果則不理想。因此將洗滌時間控制在20到30分鐘內即可。

4結語

超聲波清潔不斷進步與發展，且超聲波在感應儀器以及測量儀器中也應用廣泛，超聲波傳感器在各方面都將有很大的發展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發展，以滿足日益發展的社會需求。

參考文獻：

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[5]馮若.王智彪科學技術文獻出版社《實用超聲治療學》[J].2002

作者簡介：

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，學歷：本科，研究方向：能源與動力工程