空化現象

超聲波空化作用是指存在於液體中的微氣核空化泡在聲波的作用下振動，當聲壓達到一定值時發生的生長和崩潰的動力學過程。空化作用一般包括3個階段：空化泡的形成、長大和劇烈的崩潰。當盛滿液體的容器當通入超聲波後，由於液體振動而產生數以萬計的微小氣泡，即空化泡。這些氣泡在超聲波縱向傳播形成的負壓區生長，而在正壓區迅速閉合，從而在交替正負壓強下受到壓縮和拉伸。在氣泡被壓縮直至崩潰的一瞬間，會產生巨大的瞬時壓力，一般可高達幾十兆帕至上百兆帕。Suslick等人測得：空化可使氣相反應區的温度達到5 200 K左右，液相反應區的有效温度達到1 900 K左右，局部壓力在5.O5×10kPa，温度變化率高達10K/s，並伴有強烈的衝擊波和時速達400 km 的微射流。這種巨大的瞬時壓力，可以使懸浮在液體中的固體表面受到急劇的破壞。通常將超聲波空化分為穩態空化和瞬間空化2種類型：穩態空化是指在聲強較低(一般小於10w/cm )時產生的空化泡，其大小在其平衡尺寸附近振盪，生成周期達數個循環。當擴大到使其自身共振頻率與聲波頻率相等時，發生聲場與氣泡的最大能量耦合，產生明顯的空化作用。瞬態空化則是指在較大的聲強(一般大於1Ow/cm )作用下產生的生存週期較短的空化泡(大都發生在1個聲波週期內)。

超聲波的廣泛的運用於各個領域就是應用了其空化作用以及其空化伴隨着機械效應、熱效應、化學效應、生物效應等等，機械效應和化學效應的應用，前者主要表現在非均相反應界面的增大；後者主要是由於空化過程中產生的高温高壓使得高分子分解、化學鍵斷裂和產生自由基等。利用機械效應的過程包括吸附、結晶、電化學、非均相化學反應、過濾以及超聲清洗等，利用化學效應的過程主要包括有機物降解、高分子化學反應以及其他自由基反應。

超聲波空化作用的強弱與聲學參數以及液體的物理化學性質有關

1.超聲波強度 超聲波強度指單位面積上的超聲功率，空化作用的產生與超聲波強度有關。對於一般液體超聲波強度增加時，空化強度增大，但達到一定值後，空化趨於飽和，此時再增加超聲波強度則會產生大量無用氣泡，從而增加了散射衰減，降低了空化強度。

2.超聲波頻率超聲波頻率越低，在液體中產生空化越容易。也就是説要引起空化，頻率愈高，所需要的聲強愈大。例如要在水中產生空化，超聲波頻率在 400 kHz時所需要的功率要比在10 kHz時大10倍，即空化是隨着頻率的升高而降低。一般採用的頻率範圍20~40 kHz。

3.液體的表面張力與黏滯係數 液體的表面張力越大，空化強度越高，越不易於產生空化。黏滯係數大的液體難以產生空化泡，而且傳播過程中損失也大，因此同樣不易產生空化。

4.液體的温度液體温度越高，對空化的產生越有利，但是温度過高時，氣泡中蒸汽壓增大，因此氣泡閉合時增強了緩衝作用而使空化減弱。