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精准控制,用“声音”画1只和平鸽

声悬浮技术,是本土和空间条件下促成材质无容器处理的关键技术之一,声悬浮能让液滴在声波成效下漂流在半空,是液滴重力学商讨的常用技术。

编辑:Lisa

八个步骤,画一头和平鸽

经过那种新办法画四只和平鸽,只需求以下多少个步骤:

首先步,先选好想要的图样。

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其次步:使用一种标准的计量方法——迭代角谱法(IASA),算出和平鸽的衍射图样,即将和平鸽图样转换为全息照相术能够分辨的“水波纹”。

图片 2迭代角谱方法(IASA)总计得出的和平鸽图案相位分布图
(2.06 MHz 超声波)。图片源于:参考文献1

其三步:用3D打印机遵照上一步总计出的“波纹”,打字与印刷出一块凹凸不平的塑料片。那塑料片的“波纹”看似杂乱,但中间所蕴藏的,正是大家须要的一方平安鸽图案。

图片 3透射和平鸽图案全息图的塑料片(边长50mm)。图片源于:参考文献1

第⑥步:把塑料片覆盖到换能器上。在塑料片比较厚的地点,声波要花更长日子才能经过。那样一来,换能器发出的声波在经过塑料片之后,原本平均的信号就会生出“扭曲”,发生分歧的相位分布。

图片 4换能器发生的声波通过塑料片转换为平面图像

第④步:经过转换之后,声波在水中传播。不均匀的声波在水中发生了压力差。

图片 5商量职员仿效出水受到的下压力大小数值,能够观望声压不均匀的遍布,荧光色代表压力较大,而花青部分代表压力小。

商讨人口在水中放入一个装着有机硅小颗粒的透明器皿。打开开关,声压就会推向透明容器中的小颗粒。声压大的地点,就会把有机硅小颗粒从容器底器推举到容器顶部。最终,小颗粒就排列出了与声压密度分布一致的“和平鸽”图案。

图片 6“描绘”和平鸽的尝试装置立体结构图

除此而外平面图案,3维控制也一如既往不在话下。下图中,就演示了喷雾的小水珠在声场中飘浮,组成了立体绘画:

图片 7原摄像来自:nature
video

一致,在筹划好的声场中,2头小纸船也足以服从既定轨道游动。

图片 8原录像来自:nature
video

小编:

喷墨打字与印刷(Inkjet
printing)**
是一种万分广泛的打字与印刷技术,通过将墨滴喷射到纸张、塑料或任何基座上来重建数字图像。打字与印刷机便是基于这一技巧。**

开拓开关,散落在水中的反革命细小颗粒就好像突然听到了号召。它们“听话”地集聚在联合,在水中勾勒出了人人耳熟能详的图画——那是毕加索笔下的和平鸽。关掉开关,和平鸽的图案又会消退无形。

本次,中华夏族民共和国西北工业余大学学臧渡洋及其同事将这个已观察到的现象相结合,以对气泡的演进实行支配。

研讨者使用了氛围超声波(airborne
ultrasounds),这一技术主旨不受材料影响,所以即使是液态金属也能很简单的打印出来。

参考资料:

  1. Kai Melde, Andrew G. Mark, Tian Qiu, Peer Fischer.Holograms for
    acoustics. Nature, 2016; 537 (7621): 518 DOI: 10.1038/nature19755

据理解,该成果推动找到液—液界面包车型客车决定格局,对软物质创建具有自然的运用价值。

原标题:用声波打字与印刷:化学家发明新型打字与印刷术,打字与印刷机格局可用于全部材质

在水中让悬浮颗粒“排好队”的,其实是声波。德意志马普研商所的研讨人士创办了一种简易有效的声波控制格局,只须要一片特殊形状的3D打字与印刷塑料片,再增加一台不难的声响换能器,就能够控制声波完成水中“绘画”了。

原题目:逆向操作 中国化学家让液滴变气泡

从大自然乃至工产业界,小小的液滴都有好多用到,比如油墨打字与印刷以及药品递送系统中用到的微胶囊。

声波怎么样变成“画笔”

响声的原形是颠簸,它们传递着能量。物文学上认为声音,特别是超声,能够像磁铁产生磁场那样,发生负有能量的“声场”。声场能将能量传递给别的物质,星仔油画的影片《武功》中,包租婆惊人的狮吼功正是传输声波能量爆发的杀伤力。

若是声场丰盛强,它就足以“隔空”操控液体或空气中的小微粒了。同时,作为一种波,声波也会时有发生干涉、衍射,在声场中形成差别的能量密度分布。而那个能量分布图,就是“声全息图”。能量分布差别,对实体的影响也有反差,于是,通过控制声场,就足以让里面包车型客车小物体排列成分歧的规范。

那种操纵技能以前就曾经存在。物军事学家们会把一密密麻麻换能器排成阵列,分别控制它们输出的声波信号,以此来形成所需的声场。那样能够让小物体悬浮在声波驻波的波节附近,仍能控制它们活动。

图片 9先前,扶桑切磋者用超声波相控阵列控制了小物体的三维移动。更加多读书:酷炫动图(十):物理篇

而是,那种技术也面临1个标题:设备复杂、价格昂贵,而且要想达成精细的支配,输出声波的阵列就务须做得尤其复杂、设备数据越来越多,那就限制了技能的施用推广。

而那三遍,马普讨论所报导的新章程只要求花几元钱的资金财产,就足以制作出三个细密控制的声场。他们的要诀是一块总结机设计、3D打字与印刷的塑料片。

探究人口观望到的这一历程,提议了一条形成气泡的新路径,而这一门道对于食品、化妆品及制药行业的泡沫等软物质制备具有神秘的利用价值。重临微博,查看更加多

为了抓好打字与印刷时形成液滴的能力,切磋人士将眼光转向了声波。声波是一种压力波,钻探者平时接纳那种压力波来对抗引力成效,就如声悬浮(acoustic
levitation)中的原理。未来,研讨者反过来利用那种声波压力来扶持重力成效,从而发明了那种新型打字与印刷技术:声波打印(acoustophoretic
printing)。

图片 10因而决定声场中的声强大小可使有机硅(聚二十一烷硅氧烷)颗粒形成和平鸽图形。颗粒直径为150μm。录制出自:参考文献1

切磋组织先通过声辐射力将液滴压成薄片状的液膜,再通过超声场让液膜弯曲成碗状,内部为共振腔。钻探团队意识,共振会让腔体扩充,并教导周围的液面弯曲,最终缩小成一个密闭的血泡。

这项琢磨的任何一起小编是 Katharina
Kroll、罗Bert Amissah、法兰西斯co Sillani、Kimberly Homan 和 Dimos
Poulikakos。澳大金沙萨国立高校技能升高办公室(Office of Technology
Development)以汇报该品种有关的知识产权,并且正在商业化该技能。

“声波画笔”还是能做怎么着?

画和平鸽、开小纸船很有乐趣,但那项技术的用处可远不止于此。用简短、高效、急忙的方法营造出3个复合声场,能沿特定路径移动液体中的固体,也能够将固体和液滴悬浮于空气中,那能够说在声学控制领域里做到了自然范围和水准上的“横行霸道”。经过革新后,那项技术能够广泛应用到各样非接触式的质地处理个中。

理所当然,那项技能方今最重点的施用方向还是无损检查和测试、医用超声波诊断以及医疗。基于其自个儿的三大优点能够使得升高诊疗成像水平和辅导新一轮的超声应用:例如落到实处对速度和精度须求更高的超分辨率成像、局地加热以及个体化用药等等。(编辑:窗敲雨)

而声压是大方压受到声波扰动后产生的变通,即大方压强的余压,利用声压,化学家能够把液滴压扁成很薄的液膜,并诱导屈曲现象,从而完毕液滴的变形。

“我们的目的是付出一套不受液体材料天性限制的打字与印刷系统,尤其是要不受液体粘度影响”,杂文的首先小编丹尼尔勒e Foresti 说。丹尼尔勒e Foresti 是不错学会 Branco Weiss会员(Society in Science – BrancoWeissFellow),也是巴黎高师高学校工人程与应用科学大学和威斯生物工程研讨所材质科学与机械工程系的动手切磋员。

那种新办法和水土保持技术比较,具有精密度更高、速度更快、开销更低的独到之处,该成果将助长立异医疗成像并推进超声的新利用。相关随想于十二月2115日刊出在《自然》期刊上\[1\]

  一般的话,气泡破裂后会发生液滴,但在大不列颠及苏格兰联合王国《自然·通讯》杂志22日发布的一项物医学研讨中,中华夏族民共和国物管理学家团队描述了一种逆向操作的方法——让液滴转变为气泡。

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蜂蜜是一种典型的粘稠液体,比水的粘稠度要高 2.5
万倍。声波打字与印刷适用于形成任意液体的液滴,能从充满蜂蜜的墨盒中发出无限细微的单个蜂蜜液滴。来源:丹尼尔勒e
Foresti, Jennifer A. Lewis/Harvard University

为了印证该技能的习性,商讨人士测试了种种各种的素材,从高粘度的蜂蜜到生物工程常用的干细胞生物墨水、生物聚合物等,此外还有光学树脂、甚至是液态金属等。值得注意的是,声波并不会因而液滴而盛传,因而即便是易损的生物体载体,如活细胞或蛋白质大分子等,那种方法也是平安有效的。

近期,复旦的钻研职员发明了一种最新声波打字与印刷技术**:利用声波爆发的力精确控制用于打字与印刷的液滴,将让喷墨式打字与印刷不再受资料限制,而且适用的打字与印刷材质范围前所未有地广泛。**

那项技能在新式生物制药、化妆品和食品创制行业有十分大的运用潜力,也将给光学材料和导电材质领域的上扬也带来了新的恐怕。