【BBC知識】用聲波來載物

■來看看用聲波使物體懸浮,進行實驗的新技法!

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牙籤在聲波平台上方的半空中四處移動。

      懸浮在半空中的咖啡豆,跳動的水珠,牙籤橫空飛過……你若走進這間瑞士的實驗室,可能會覺得「見鬼」了。這是科學家首度發現如何利用聲波,在半空中移動、操縱物體。這項突破意味著我們可以運用「聲波懸浮」(acoustic levitation)來製造新材料,操作精密實驗,理論上甚至可以使人浮起來。

      美國NASA在1980年代發明了聲波懸浮技術,但科學家原本只能夠讓物體懸浮在原位,頂多是在原地旋轉。如今瑞士聯邦科技大學的研究人員不但研發出移動物體的方法,還能同時操縱不只一個物體。

這套系統利用數個大小跟指甲差不多的方形振動平台發出聲波,射到設置在平台上方的反射面。在某些頻率下,反射聲波會跟向上移動的聲波結合,形成「駐波」,其中的「節點」即使在聲波振動時依然保持固定不動。將物體放置在這些節點上,聲波的力量能與重力向下的拉力平衡,因此物體就能懸浮在半空中。

研究人員只要把這種平台排好隊形,調整各平台的聲波強度,就能把物體從一個平台載送到另一個平台。研究人員示範將一小顆懸浮的咖啡粒溶入一小滴水中,甚至操縱一根懸浮的牙籤。「我們的想法是把數個懸浮器拼組起來,然後試著在它們之間『傳球』。」領導這項研究的丹尼勒‧佛瑞斯提博士(Daniele Foresti)說。

為了製造出足夠的浮力,這套系統會發出高達一百六十分貝的聲波,這差不多是噴射引擎在近距離產生的音量。這就是研究人員使用頻率高達兩萬四千赫茲超音波的原因,因為這樣的頻率高到人類聽不到。

有了這套聲波懸浮技術,科學家毋需碰觸有害的化學物質就能移動它,處理細胞時不用怕汙染,還能操縱冷卻到低於冰點的液體。「過冷液體只要一碰到容器,就會開始結凍。」佛瑞斯提說,「但只要把液體懸浮起來,就能使其保持在液態。比方說我們能用這套系統,把兩種過冷金屬結合起來,製造出新的合金。」

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●本文摘自《BBC知識國際中文版》第27期(2013年11月號)。版權所有,轉載請註明出處。

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延伸閱讀:聲波冷卻冰箱(Acoustic Refrigerator)

 

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