Термоакустический эффект ультразвука найдет применение в новом методе 3D-печати

Проект «Исследование термоакустических эффектов при захвате частиц ультразвуковым полем в воздухе» поддержан грантом Российского научного фонда. 

Сотрудники СФТИ ТГУ проводят всестороннее исследование сложных термоакустических эффектов, возникающих при взаимодействии частиц, инфракрасного излучения и ультразвукового поля. Эти эффекты связаны с преобразованием тепловой энергии в акустическую и наоборот и исследуются, в основном, для разработки систем охлаждения и отвода тепла. Радиофизики изучают траектории движения частиц в акустическом поле, определяют их температуру и плотность, температуру окружающего воздуха и конвекционных потоков в условиях воздействия как узкополосных, так и широкополосных ультразвуковых волн. 

В ходе работ ученые обнаружили охлаждающий эффект ультразвукового поля при его воздействии на нагретые инфракрасным излучением частицы. Выявленный термоакустический эффект можно применять в аддитивной промышленности – для усовершенствования процесса 3D-печати. Результаты исследования можно использовать также при разработке бесшумных и компактных систем дистанционного охлаждения механизмов, устройств, другого оборудования, которые перегреваются в процессе эксплуатации.

Ультразвуковым полем можно управлять через фазированные решетки излучателей, регулируя значения разных параметров – от времени до фокуса воздействия на заданные участки, поясняет руководитель проекта, заведующий лабораторией электромагнитных методов контроля СФТИ Дмитрий Суханов. 

–Например, на сферическую решетку можно встроить сенсоры по всему периметру, чтобы контролировать ультразвуковое поле со всех сторон. Точку фокусировки воздействия можно создать где угодно и прорисовать ею 3D-объект любой формы. Можно регулировать время воздействия ультразвука и управлять полем температур формируемого 3D-объекта, чтобы «запекать» его в нужных местах. Так, с помощью облучения ультразвуковым полем конкретных областей мы можем сделать процесс трехмерной печати избирательным, а значит, более управляемым, – говорит ученый. – Система охлаждения с ультразвуковыми решетками на основе нашей модели будет бесшумной и компактной, а одна решетка может направленно охлаждать сразу несколько объектов, в том числе во время их движения. 

В команде проекта – сотрудники лаборатории электромагнитных методов контроля Сибирского физико-технического института ТГУ: заведующий лабораторией Дмитрий Суханов (руководитель), научный сотрудник Анжела Кузовова, младший научный сотрудник Федор Емельянов; ассистент кафедры радиофизики радиофизического факультета ТГУ Сергей Росляков. 

Для справки. Изучением ультразвуковой левитации частиц радиофизики СФТИ Томского государственного университета занимаются с 2017 года. При грантовой поддержке РНФ они разработали метод трехмерной печати на основе ультразвукового управления микрочастицами. Позднее на основе этого метода была создана модель дистанционной ультразвуковой очистки от пыли.

Источник: Новости ТГУ