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其實(shí)有些口罩是用超聲波做出來(lái)的
2022-11-30
我們每天都可以聽(tīng)到來(lái)自周?chē)母鞣N聲音，可當聲波的頻率超過(guò)20000赫茲（Hz）后我們再無(wú)法聽(tīng)到，這種聲波被稱(chēng)之為超聲波。超聲波和我們日常聽(tīng)見(jiàn)的聲音具有相同的本質(zhì)屬性，區別在于頻率高低不同。超聲波傳播時(shí)具有方向性強、能量易于集中、傳播位移足夠大等優(yōu)勢。?
而超聲波離我們的日常生活并不遙遠，我們日常用的有些口罩便是利用超生波制作而成。
超聲定位示意圖
自然界中的
“超級音響”?
既然我們聽(tīng)不見(jiàn)超聲波，那是如何發(fā)現超聲波的呢？這就不得不說(shuō)起這個(gè)小故事：一位名叫拉扎羅·斯帕拉捷的科學(xué)家發(fā)現蝙蝠在黑夜里仍可以靈活地飛翔、捕食，于是對蝙蝠做了一系列實(shí)驗：蒙住蝙蝠的眼睛、堵上蝙蝠的鼻子、在蝙蝠的身上涂抹油漆，但都未能影響蝙蝠的飛行能力。最后，當蝙蝠的耳朵被堵住時(shí)，蝙蝠再也無(wú)法瀟灑自如地飛行，變得四處磕磕碰碰，很快落在地上。斯帕拉捷這才明白，原來(lái)蝙蝠是靠聲音“觀(guān)察”環(huán)境，躲避障礙的。
蝙蝠利用超聲波在夜間行動(dòng)
通過(guò)繼續深入研究，人們發(fā)現蝙蝠可以通過(guò)喉嚨發(fā)出極高頻率的超聲波，超聲波沿著(zhù)一條直線(xiàn)迅速傳播，遇到物體后就像手電筒的燈光照射到鏡子上一樣被反射回去。而它的耳朵可以接收到人耳無(wú)法接收到的超聲波信號。蝙蝠就是依靠這種人類(lèi)無(wú)法聽(tīng)到的超聲波在黑夜中暢行無(wú)阻。
自然界中不止蝙蝠，還有其他的超聲波高手。海豚就能夠利用它們呼吸孔下面的氣囊發(fā)出超聲波，魚(yú)群反饋回的超聲波是捕食的信息，同類(lèi)發(fā)出的超聲波可以用來(lái)交流，障礙物反饋回來(lái)的超聲波則可用于探測周?chē)h(huán)境信息。此外還有不少動(dòng)物能夠發(fā)出超聲波或者聽(tīng)到超聲波，例如大象、水母等。
科學(xué)家模仿自然界中的超聲波現象，用超聲波裝備發(fā)出超聲波信號，當信號遇到傳播介質(zhì)中的其他物體時(shí)，就會(huì )回來(lái)。接收記錄反饋回的超聲波的時(shí)間間隔、方位，便可測出目標的方位和距離，科學(xué)家們就是依據這個(gè)原理設計出了聲吶系統。?
“超聲”科學(xué)先鋒隊
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的日新月異，超聲波技術(shù)距離人們的生活越來(lái)越近，使用范圍也越來(lái)越廣闊。
在軍事領(lǐng)域，潛艇模仿海豚，通過(guò)潛艇上的聲吶系統發(fā)出的超聲波，探測水下作戰目標。超聲波在液體中衰減極小，在伸手不見(jiàn)五指的深海中也可實(shí)現遠距離監測，是迄今為止最有效的深海探測方式。另外，超聲波還被應用于武器中，超聲波武器發(fā)射的高頻聲波可以在一定程度上引起強氣壓，并造成人體視物模糊，惡心等生理反應。
而在科研領(lǐng)域有一種名叫非晶合金的新型材料。非晶合金在電阻焊接時(shí)易發(fā)生晶化、氧化。此時(shí)超聲波焊接就體現出了它杰出的優(yōu)勢，傳統的電焊工藝需要依靠高溫熔化來(lái)實(shí)現兩個(gè)工件的結合，而使用超聲波進(jìn)行焊接時(shí)，只要保持一定壓力，利用超聲波連續振動(dòng)使被焊接的上下工件產(chǎn)生摩擦、形變從而使結合面處的溫度上升。這種技術(shù)實(shí)現了不熔化的固體焊接，有效地避免了電阻焊接過(guò)程中產(chǎn)生的飛濺和氧化現象。
利用超聲波檢查鋼板是否存在缺陷
在最新款的高端智能手機中，非晶合金被用作屏幕旋轉結構的鷹翼鉸鏈，由此可見(jiàn)該材料的特殊之處。科研人員最新發(fā)現，利用超聲波技術(shù)，可以實(shí)現非晶合金的室溫制造與成型，完全突破了其傳統制造與成型方法，引起了該領(lǐng)域科研人員的廣泛關(guān)注。?
抗疫前線(xiàn)的超聲波身影?
新冠病毒至今仍在全球肆虐，口罩是阻斷病毒傳播路徑必不可少的醫療用品，在各國成為硬通貨。KN95口罩由5~6層無(wú)紡過(guò)濾布、鼻梁條、耳帶組成。
口罩生產(chǎn)中使用的
其中，超聲波焊接技術(shù)是KN95口罩自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)核心組成部分。KN95口罩自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)由無(wú)紡過(guò)濾布上料機構、鼻梁線(xiàn)超聲波焊接機構、耳帶超聲波焊接機構和口罩折疊機構組成。以耳帶焊接機構為例，它利用超聲波傳輸的高頻振動(dòng)使口罩的耳帶與無(wú)紡過(guò)濾布表面相互摩擦，產(chǎn)生局部高溫，從而令無(wú)紡過(guò)濾布與耳帶熔合。超聲波停止之后，繼續保持一定時(shí)間的壓力，使連接處固化成型，這樣焊接后的強度可以接近原材料的強度。除此之外，KN95口罩上面的壓痕、封邊、鼻梁線(xiàn)的裝配都是通過(guò)超聲波焊接工藝來(lái)完成的，大家不妨拿一個(gè)口罩，摸摸銜接處，感受下超聲波焊接技術(shù)的實(shí)戰成果吧。
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