Радиофизики Сибирского физико-технического института ТГУ изучают сложные термоакустические эффекты в условиях левитации нагреваемых в воздухе частиц. В ходе исследований ученые выяснили, что ультразвук охлаждает облучаемые инфракрасным излучением частицы, предотвращая их оплавление. Обнаруженный эффект позволит управлять частицами в процессе 3D-печати и создавать более разнообразные объекты. Его можно также использовать для создания компактных и бесшумных систем дистанционного охлаждения.
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.