双凹面聚焦超声波场中悬浮粒子操控原理与实验仿真

唐小煜, 严雅琳, 黎廷丰, 朱琳琳, 黎 铭, 蔡伟博

(广东省量子调控工程与材料重点实验室∥广东省光电检测仪器工程技术研究中心∥物理国家级实验教学示范中心∥华南师范大学物理与电信工程学院, 广州 510006)

随着实验环境要求的提高,无容器处理技术以及非接触式运输技术不断发展,而声悬浮的研究在实现粒子操控方面已被证实具有广泛的应用前景,例如表面张力测量[1]、药物输送[2]、细胞操控[3]、芯片实验室[4]以及为血细胞或液滴聚集提供拉曼光谱[5]等研究.

与传统的单轴式超声波悬浮装置相比,声悬浮装置具有较高的悬浮能力以及悬浮稳定性[6-8],但是在粒子运输方面仍需进一步研究探讨. 目前,悬浮粒子的传输技术有改变谐振腔长度、改变声压大小以及改变驻波节点位置等方法[7,9]. OCHIAI等[10]提出用4个两两相对的换能器阵列系统实现悬浮物体的二维操控. 这类方法仍存在局限性：只能实现粒子在竖直方向上的移动或需要较大的激励电压,多轴式悬浮装置才能实现粒子水平方向的运动.

针对传统的一维单轴式超声波悬浮装置的不稳定性以及运输技术局限性的问题,本文提出了在双凹球面超声波阵列中采用相控实现悬浮微粒移动的方法；鉴于有限元分析在对物理系统的模拟应用具有普遍性[11],本文运用COMSOL软件多物理场实现悬浮点移动的可视化；搭建了超声驻波悬浮装置对固体粒子进行悬浮操控. 该方法对于微小物品无……