朱纪霖 高东宝 曾新吾

(国防科技大学气象海洋学院,长沙 410073)

声镊一般是指利用声辐射力原理对微小粒子进行悬浮和移动的一种技术.粒子的水平移动是声镊操控粒子的常见方式之一.本文理论推导了声辐射力与声压之间的直接关系,结果表明声压极大值点(聚焦点)与声辐射力势能的极小值点之间具有对应关系,并根据声阵列相位合成原理建立了声镊声场聚焦模型.文章基于数值仿真方法,以双侧16 阵元声镊装置为例,分析了粒子水平移动的控制方法和稳定性.由于受到重力影响,粒子水平移动过程中必须考虑竖直方向的平衡问题.声场中,不同位置的粒子向各方向水平移动的稳定性是不同的.越靠近阵列中心,粒子移动的稳定性越高.粒子移动步长(精度)对移动稳定性也有重要影响.一般来说,步长越短稳定性越高.本模型中,移动步长减小1/2,稳定性提了高近40%.研究结果对于设计声镊粒子移动控制方法,规划粒子移动路径,推动声镊技术应用等具有理论意义.

1 引言

声镊技术属于无接触式操控技术的一种,是近年来声学领域的热点研究方向之一.从原理上来说,声镊技术主要是利用声辐射力效应使微小颗粒被束缚在势能极小值的位置处,进而通过调控该汇聚点的位置实现对微粒的操控.相比其他类型的无接触式操控方法,声镊技术具有独特的优势.不同于磁悬浮和光镊等技术,声镊技术不需要悬浮微粒……