声悬浮特性研究实验论文

声悬浮技术可以模拟空间无容器状态，用于材料凝固理论和制备工艺的研究。水通常在 0℃结冰，而我们在实验中发现，声悬浮条件下水滴可以冷却到−32℃仍然保持液体状态。这种物质在温度低于熔点而仍然保持液体状态的现象称为过冷现象，其温度与熔点的差值称为过冷度。熔体能够实现过冷是因为结晶需要经历一个形核阶段。在常规条件下，熔体与容器壁的接触，可以促进晶体的异质形核，因而过冷度很小，几乎在温度降至熔点即开始凝固。通过悬浮无容器处理，可以避免熔体与器壁的接触，使晶体的形核变得困难，从而实现深过冷。这类似于降雨过程，除了水蒸汽要求达到过饱和状态，还需大气中灰尘作为凝结核。过冷态的水处于亚稳状态，一旦开始结冰，其凝固速率将远远大于常规条件下冰的生长速率。实验测定发现，在−24℃的过冷水中，冰枝晶的生长速率可达 170 mm/s，整个水滴的凝固在瞬间完成。悬浮条件下晶体的形核及生长特征为熔体的形核规律研究提供实验依据。悬浮无容器处理是实现深过冷快速凝固研究的重要手段。近年来，声悬浮技术还被广泛用于微剂量生物化学研究。它可以消除容器对分析物的吸附，保持细胞的自然生存环境，避免器壁对分析检测信号的干扰。