التذرية بالموجات فوق الصوتية

كان أول تطبيق تجاري لتأثير التذرية بالموجات فوق الصوتية هو أجهزة الاستنشاق. ظهرت أجهزة الاستنشاق بالموجات فوق الصوتية لأول مرة عام ١٩٤٩، وصُممت في البداية كمرطبات للهواء . سرعان ما أدرك الأطباء إمكاناتها في توصيل رذاذات علاجية مناسبة للاستنشاق، ^{[ ٨ ]} مما أدى إلى دمج الأدوية في عملية الاستنشاق. ^{[ ٩ ]} استُخدمت أجهزة الاستنشاق بالموجات فوق الصوتية لعلاج العديد من أمراض الجهاز التنفسي ، بما في ذلك الربو والتليف الكيسي . وقد جعلتها قدرتها على توصيل الأدوية مباشرة إلى الرئتين أداة قيّمة في إدارة هذه الحالات. ^{[ ١٠ ]}

في أواخر القرن العشرين، بدأ العلماء الذين يستكشفون تصنيع الجسيمات النانوية عبر التحلل الحراري بالرش ينظرون إلى التذرية بالموجات فوق الصوتية كتقنية واعدة لتكوين قطرات المواد الأولية، مثل محاليل الأملاح القائمة على المعادن النبيلة . تُعرف هذه التقنية باسم التحلل الحراري بالرش بالموجات فوق الصوتية (USP)، وقد أتاحت تحكمًا أدق في حجم الجسيمات نظرًا لاعتماده الكبير على التردد، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للمواد النانوية المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية والخلايا الشمسية والبطاريات. وبحلول ثمانينيات وتسعينيات القرن العشرين، اكتسبت التذرية بالموجات فوق الصوتية زخمًا كبيرًا بعد أن أثبت الباحثون جدواها في إنتاج أكاسيد معقدة ومواد أخرى ضرورية لتخزين الطاقة، مثل بطاريات الليثيوم أيون. ^{[ 11 ]} وبحلول أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، أصبحت هذه الطريقة جزءًا لا يتجزأ من الصناعات التي تسعى إلى الحصول على طلاءات موحدة وأغشية من الجسيمات النانوية، مما يُظهر تأثير التذرية بالموجات فوق الصوتية على التصنيع الصناعي. ^{[ 12 ]}

في عام 1965، نشر بولمان وستام ^{[ 13 ]} كتابًا شكّل إضافةً قيّمةً لمجال التذرية بالموجات فوق الصوتية، وذلك من خلال تحديد ووصف العوامل المؤثرة في هذه العملية، مثل اللزوجة، والطول الموجي الشعري، والتوتر السطحي، والسعة. أحد الفصول الرئيسية في الكتاب، بعنوان "5.1 تذرية المعادن المنصهرة"، تناول بالتفصيل التجارب الأولى على التذرية بالموجات فوق الصوتية عند درجات حرارة عالية باستخدام المعادن المنصهرة. ناقش الباحثان تطبيقاتها التقنية المحتملة، بالإضافة إلى القيود، مشيرين إلى أن الانتقال من التجارب المخبرية الناجحة إلى محطة تقنية قابلة للاستخدام لم يتحقق بعد، وذلك بسبب مشاكل تتعلق بتوافق قابلية التبلل ومتانة السونترود . وقد تمكّنا من تذرية الرصاص عند درجة حرارة 350  درجة مئوية، وعرضا الضرر الذي يلحق بالسونوترود نتيجةً للتجويف . في عام 1967، نشر ليركه وغريسهامر عملهما الذي تمكنا فيه من تذرية المعادن بالموجات فوق الصوتية ذات نقاط انصهار تصل إلى 700  درجة مئوية. ^{[ 14 ]}

ركزت التطورات اللاحقة التي أجراها ليرك على جعل عملية التذرية بالموجات فوق الصوتية للمعادن ذات درجات الحرارة العالية أكثر عملية من خلال تثبيت تدفق المادة المنصهرة وحماية المحول من المنطقة الساخنة. وقد وصفت براءة اختراع مُنحت في أوائل ثمانينيات القرن الماضي تغذية السائل في مناطق عقد السرعة لرنان الانحناء للحفاظ على طبقة قابلة للتذرية، واقترحت تسخين الرنان المهتز (بما في ذلك بالحث) مع أقسام تبريد وسيطة لحماية الأجزاء الحساسة لدرجة الحرارة في نظام الإثارة. ^{[ 15 ]}

في أوائل العقد الأول من الألفية الثانية، نشر كاتشوبولي وزملاؤه تقريرًا عن مرذاذ معدني يُصهر فيه سبيكة بالحث تحت غاز الأرجون ، ثم يُفتت المصهور في رنان فوق صوتي أنبوبي يعمل في جو خامل. وبالاستناد إلى مفاهيم المحولات التي طورها بروكيتش ^{[ 16 ]} ، وصفوا استخدام محولات فوق صوتية من نوع "المطرقة" تتحمل الأحمال ، مصممة لتكون أقل حساسية لتغيرات الحمل الصوتي من التصاميم التقليدية المثبتة بمسامير (من نوع لانجفين ^{[ 17 ]} )، مما يحسن الاستقرار في ظل ظروف الذوبان المتقلبة. وبالجمع بين الإثارة متعددة الترددات واستشعار النشاط الصوتي، يمكن مسح تردد التشغيل حول الرنين، مما يؤدي إلى تحريك نقاط الاهتزاز على طول الرنان، وتوسيع منطقة التذرية الفعالة، وتقليل حساسية حجم القطرات لمعدل تدفق المصهور. ^{[ 18 ]} تم استكشاف متغيرات يتم فيها صهر المادة موضعياً باستخدام مصدر طاقة عالي التركيز مما يقلل من المنطقة الساخنة، حيث يقوم مصدر حرارة خارجي بتوليد المصهور بشكل أساسي (مثل ليزر ثاني أكسيد الكربون ذو الموجة المستمرة الذي ينتج بركة منصهرة على ركيزة قابلة للاستهلاك) بينما يساعد الاهتزاز فوق الصوتي في قذف المصهور وتفتيته إلى قطرات. ^{[ 19 ]}

في عام ٢٠١٧، حصل زرودوفسكي على منحة من وزارة العلوم والتعليم العالي تُعرف باسم "منحة ديامينتوفي"، درس خلالها تقنية دمج مسحوق الليزر للزجاج المعدني الكتلي القائم على الزركونيوم . وقد أثمر هذا البحث عن تطوير تقنية التذرية فوق الصوتية للمعادن لأغراض التصنيع الإضافي ^{[ ٢٠ ]} في جامعة وارسو للتكنولوجيا ، وتأسيس شركة أمازاميت المنبثقة عن هذه المنحة . وفي العام نفسه الذي حصل فيه على منحة البحث، قدّم كلٌّ من زرودوفسكي، ورالوفيتش، وروزبيندوفسكي، وتشارنيكا طلب براءة اختراع يصف مرذاذًا معدنيًا فوق صوتيًا يفصل عمدًا منطقة الانصهار "الساخنة" عن مجموعة الموجات فوق الصوتية: حيث ينتهي مسبار صوتي غير قابل للاستهلاك ومبرد بالماء (مصنوع من مادة ذات موصلية حرارية عالية تعمل كمشتت حراري) بطرف قابل للاستبدال قابل للاستهلاك، يتم تسخينه بواسطة مصدر خارجي بينما ينقل المسبار الصوتي الاهتزازات لتعزيز قذف القطرات. من الناحية النظرية، يُعدّ نهج الطرف القابل للاستهلاك الأقرب إلى مفهوم "حوض الانصهار الموضعي على ركيزة قابلة للاستهلاك" المذكور سابقًا (ويشترك في نفس الهدف مع أفكار ليركه حول الرنان المحمي): الحفاظ على برودة المحوّل والسونوترود الرئيسي، والتعامل مع سطح التلامس مع الانصهار كعنصر قابل للاستهلاك وقابل للتغيير. ومنذ ذلك الحين، تمّت دراسة طرق الصهر باستخدام البوتقة الباردة ^{[ 21 ]} وغيرها من المتغيرات مثل الطرق القائمة على الحث.

In 2024 a joint article lead by Dmitry Eskin and Iakovos Tzanakis in which new insights into the mechanism of ultrasonic atomization were described stating that the cavitation during the process plays a critical role in the ultrasonic atomization which was also filmed for the first time using high-speed imaging.^[1][23] The sonotrode used in the experiments was made of high-temperature resistant carbon fiber plate to atomize pure aluminum melted at a temperature of 800 °C. The ultrasonic atomizer was also used to atomize magnesium alloy,^[24] and metals with melting over 1500 °C such as zirconium alloy,^[25]titanium alloy^[26] and high-entropy alloy.^[27]

The progression of ultrasonic atomization from early physical observations to reliable processing of molten metals required the resolution of several engineering challenges that are not fully captured by theoretical models alone. Many of the technical solutions that enabled the transition of ultrasonic atomization from laboratory-scale experiments to practical and high-temperature metal processing have been disclosed in patent literature. These documents address key challenges such as ultrasonic stack design, melt–sonotrode interaction, thermal management, resonance stability under variable load, and the integration of external heat sources. A selection of representative patents and technical disclosures relevant to the development of ultrasonic atomization is summarized below.^{[15][28][29][30][31][32][33][34][35][36][37]}