把空泡放在声场中,我们会发现什么?
声空化是研究空泡在声场下的动力学及其产生的一些物理和化学现象的一门学科。这门学科有着丰富的内涵,比如传热、传质、非线性和混沌等。图1显示了单个空泡在声场下的非线性振荡。在一个空泡振荡周期内,空泡先逐渐膨胀,直到半径增加至其初始半径的数倍,然后空泡迅速地进行若干次溃灭(即空泡半径减小)。
在一定的声场参数下,空泡可以产生异常剧烈的振荡,并在其内部产生高温高压的环境和化学反应(图2),甚至可以发光(图3)。目前声空化效应应用于众多领域。
结石治疗中的空化效应
体外激波碎石法是一种现在广泛流行的无创结石治疗技术,空化效应在此项治疗技术中起到了重要的作用。激波粉碎结石的机理包含很多物理效应,包括应力的破坏,空化效应和疲劳等。治疗过程中,在激波发生器和人体接触的部位进行一定的特殊处理,保证产生的聚焦的激波可以比较容易的穿过人体的脂肪和组织等部位,最终作用在人体中的结石部位并将其击碎。
声空化和海洋生物搁浅
为了更好的侦测潜艇等,海军自20世纪60年代以来就开始使用主动声纳。主动声纳的基本原理是首先由声纳发射出探测信号,然后通过接收探测信号遇到物体反射回来的反射波对目标进行分析。近些年来,人们发现很多的海洋生物搁浅事件与海军的军事演习在时间和空间上有着很强的关联。
利用空化效应的碳纳米管切割技术
碳纳米管是一种圆柱形中空的纳米结构,是碳元素的一种同素异形体。碳纳米管自1991年被发现以来,由于其超常的强度,良好的柔韧性,高熔点等独特的性质引起了学术界的广泛关注。近年来,声空化技术逐渐用于对碳纳米管簇进行切割。
结束语
近些年来,基于声空化效应的医学治疗(如采用基因传递和药物传输方法治疗肿瘤)等领域逐渐成为热点,并且已取得一定的成果。这些崭新的领域的出现也为声空化这一传统领域的研究增添了新的活力和动力。