高三星 孙 磊 马 聪 罗 欢

（西北工业大学明德学院，西安 710124）

1 引言

1886年德国科学家孔特（kundt）最早发现了谐振管中的声波能够悬浮起灰尘颗粒的现象，这一发现引发了悬浮技术的革命［1］.研究表明，在谐振腔中形成的驻波，其波节处的声辐射压的合力可以悬浮微重力样品，包括金属、非金属材料，液滴，昆虫、蚂蚁、鱼苗等小动物［2-4］.在声悬浮条件下，可以对材料进行加热熔化使它完全在无容器环境下进行加工，进而消除容器壁对材料的不利影响［5-7］.因此，它有望成为一种新型的无容器处理技术，在材料制备、流体动力学、生物医学等研究领域中有重要的应用价值.

2 原理

在流体介质（气体，液体）中传播的声波是一种压力波.根据非线性声学理论［8］，声波很强时，在介质中除了静压外，还存在一个由声波引起的附加压强，称为声辐射压.样品受到声辐射力与自身重力平衡来实现悬浮.

声发射端和反射端构成的超声谐振腔如图1（a）所示，当声发射端与反射端的间距L满足声场的共振条件［9］

时，谐振腔内将形成稳定的驻波.式中λ为超声波长.根据驻波理论，考虑到半波损失的原因，发射面和反射面应为驻波的波节，但声压与速度的相位相差π／2，因此，发射面与反射面应为声压的波腹，声 压 的 波 节 位 于λ／4，3λ／4，5λ／4… 处，如图1（b）所示.

图1 超声谐振腔

若将一个质量m较小，半径（线度）r≪λ的样品置于声场中，驻波对样品产生的声辐射压的合力为［9］

式中，k＝2π／λ称为波数，h表示样品相对于某一声压波节的位……