我国攻克声悬浮起泡技术 或推动稀土提取技术发展 意义深远

泡沫在食品、化妆品、药品和超轻材料等行业中有广泛的应用，对于稀土元素、放射性核材料的提取至关重要，泡沫的形成在泡沫的制备中起着重要作用。最近，中国西北工业大学的研究人员利用“声悬浮”技术，使空气中的液滴悬浮，并最终闭合形成气泡。这一全新的起泡方法可能最终运用于稀土等极具科研价值的物质的提取。

声悬浮是高声强条件下的一种非线性效应，其基本原理是利用声驻波与物体的相互作用产生竖直方向的悬浮力以克服物体的重量，同时产生水平方向的定位力将物体固定于声压波节处。声悬浮技术分为三轴式和单轴式两种，前者是在空间三个正交方向分别激发一列驻波以控制物体的位置，后者只在竖直方向产生一列驻波，其悬浮定位力由圆柱形谐振腔所激发的一定模式的声场来提供。

形成气泡的常见方法是通过湍流混合或流动聚焦技术对液体施加强烈剪切或使用微流体。对于“声悬浮”技术，其实早在1991年和2016年曾经有相关报道，但过程发生的机制一直不清楚。因此，我国研究小组希望达到两个目标，复制这种现象并用高速摄像机记录整个过程，以了解形成机制。我国也成为世界上第一个掌握并透彻研究这一技术的国家。

首先，研究人员使用超声波将各种液体悬浮成许多液滴。他们发现，增加声波的强度会导致液滴变得扁平，然后弯曲成碗状，类似于隐形眼镜。当这个碗内的空腔长得足够大时，声波会开始在里面连续反弹。由此产生的共振将液滴拉伸成倒置的碗状，当碗的“边缘”围绕腔体闭合时，最终形成空心气泡。

这个气泡很像原始的水滴，呈椭圆形，但体积要大得多。与童年时期经常吹的肥皂泡不同，通过该技术形成的气泡非常稳定，可保持长达数十分钟。研究人员表示，这是由于强大的声波抵抗重力的结果。增加超声波的频率可形成较小的气泡。另外使用针和环可以帮助塑造气泡，以产生所需的形状。

这项技术有助于开发一种全新的方法来制造漂浮的中空材料或悬浮液胶囊。此外，利用泡沫对溶液中含有的电解质离子的分离作用，在液-气界面上进行吸附分离（离子浮选），特别是对那些浓度很低、含量稀少的物质可以有很好的分离效果。

不过目前，该技术仅限于一次生产一个气泡，因此对泡沫生产来说并不实用。但其重要性在于发现由声悬浮的液体薄膜封装的空腔可被视为独立于液体特性的声共振器，揭示了更多关于气泡动力学和流体声学操纵的知识，建立了独特的气泡形成方法，为研究气泡物理学如振荡、排水和蒸发创造了一个极好的平台，对各种材料的制造和研究都有重要意义。