有关超声波去污及发展的综述

朱康甫 张前欣 郭豪峰 张轩 张宏

摘 要：随着现代生活的进步和电子工业的发展，衣物清洗技术逐渐走向更新的发展方向，世界上第一台超声波清洗机诞生于1951年，用于清洗复杂的机器零部件。对于超声波而言，它的特性是在均匀的介质中沿直线传播，在液体中传播时能够在固体和液体的交界面上产生高速的冲击微射流，有助于将局部污渍溶解或将杂物从固液交换面中脱落，同时利用超声波的空化作用，并由此产生的空化气泡会将将污层脱落，击碎污物。例如，超声波污渍清洗器针对局部污渍进行定点清洗，进而实现去污除渍的高效节能效果。

关键词：超声波去污；空化作用；高效节能

引言

超声波是频率20Hz～10MHz的机械波。其应用在清洗质地坚硬物件已有很长历史，据统计其清洗效率以可达95%以上且清洗的清洁度非常高，具有良好的市场应用前景，由于对超声波清洗衣物的研究较少，本文主要从超声波清洗原理，超声波清洗发展以及超声波清洗影响因素等方面进行理论总结和研究，定性研究不同情况下其去污效果的不同，为人们了解超声波除渍提供一定参考。

1超声波清洗原理

超声波清洗原理是指由通过超声波发生器发出高频振荡信号，然后通过换能器将高频震荡信号转换成高频机械振荡，进而传播到介质，在介质中发生空化作用去除污渍。在传播过程中，超声波不断向前辐射，使液体流动而产生微小气泡，气泡与气泡之间不断碰撞挤压，气泡破裂冲击污渍，或者钻入污渍间形成间隙，使污渍破裂分解。

2超声波清洗的国内外发展

2.1超声波清洗技术的起源

超声波清洗被称为“无刷清洗”，其原理是通过超声波在水中形成空化现象，让水在内部形成气泡，通过不同气压的变化对污渍形成冲击，使得物体表面的污染物快速脱离。此外，超声波清洗的适用范围很广，在19世纪时主要应用于金属部件清洗，其清洗领域也涉及广泛，有军工领域、工业制造领域、电子通信领域、医药设施领域等，现在涉及于生活家居领域。日本专家柴野佳英经过反复试验发现，事实上，气泡只是由超声波的强力粗密波引起的纯真的气体爆发而已，它反而会抑制乃至消除超声波清洗器的清洗力，真正发挥清洗作用的是真空的气穴。这一发现实现了超声波清洗器领域的革命性突破。

2.2国内外超声波清洗技术研究概况

① 国内方面：我国的超声波清洗技术方面研究相对较早，超声波清洗技术在我国发展非常迅速，同时超声波清洗也以其优越的性能在市场崭露头角，例如：有金属元件喷涂、树脂镜片、滤光片等高级光学镜片清洗、医疗器械、高级实验器材、食品加工制造器械清洗等。

② 国际方面：

自19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们发现了利用电子学技术产生超声波的办法，从此揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。国外超声波清洗设备种类繁多，超声波清洗设备应用领域非常广泛，各种超声波清洗设备不断推陈出新。高频超声波清洗技术在国外超声波清洗设备中所占比重非常大。例如美国的Verteq、Imtec、ProSys公司研制的高频超声波清洗机用来清洗微小芯片，其清洗机可以把0.15纳米的污染物清洗掉，还可以防止污染物再次污染。

3.超声波清洗影响因素

经研究发现，超声波洗涤衣物效果主要与产生的空化效应的强弱有关，而空化效应受到超声波的功率密度、超声波的频率等因素的影响，此外，洗涤效果还受到洗涤剂的种类、洗涤时的水温以及洗涤时间的影响。

1、超声波的功率密度直接影响到超声波声强的大小，从而影响空化效应的的强弱。超声波功率密度增大，声强增大，空化强度从而增大，洗涤效果提高，但当声强增大到一定程度后，空化作用达到饱和，此时再增大声强，产生的大量无用气泡反而会降低空化效果。

2、超声波的频率则影响空化作用产生的难易程度，频率较低时空化作用易产生，且空化强度大，产生的空化气泡尺寸较大，破裂时产生的冲击力也更大。因此超声波洗涤衣物一般选择频率为40KHZ的低频段清洗。

3、在相同条件下用清水、洗衣液、洗衣粉对衣服进行超声波洗涤，清水洗涤效果最好，洗衣液次之，洗衣粉则为三者中最差。因为洗涤液所产生的泡沫会影响空化作用产生气泡的过程。直接使用清水洗涤不仅洗涤效果好，而且可以减少漂洗衣物的次数，节约用水。

4、在一定范围内温度越高，产生空化气泡越容易，有利于污渍分解，但温度过高时，气泡中蒸气压增大，气泡闭合时会增强缓冲作用，导致空化作用减弱，并且不同种类的污渍所需要的最佳水温也不同。一般来说，水温在40摄氏度左右超声波洗涤效果最好。

5、在对衣物进行超声波洗涤时要控制好洗涤时间，不宜过长或过短。时间过长可能会使衣物掉色，破坏衣物原本的结构；时间过短洗涤效果则不理想。因此将洗涤时间控制在20到30分钟内即可。

4结语

超声波清洁不断进步与发展，且超声波在感应仪器以及测量仪器中也应用广泛，超声波传感器在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。

参考文献：

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[4]段宗文.王金瑞.科学技术文献出版社《超声医学》[J].2002

[5]馮若.王智彪科学技术文献出版社《实用超声治疗学》[J].2002

作者简介：

朱康甫，出生年月：1996.10，性别：男，民族：汉族，籍贯（精确到市）：河南省许昌市，学历：本科，研究方向：能源与动力工程