声化学
声化学是一门新兴的交叉学科，近些年在声化学投入的研究和所获得的成果越来越多。这门学科主要指利用超声来加速化学反应或触发新的反应通道，以提高化学反应产率或获取新的化学反应物。
中国建筑环境声学网 2 研究现状
声化学研究最早出现于20世纪20年代的美国普林斯顿大学化学实验室，当时曾发现超声波可以加速化学反应，但并没有引起重视。50年代之后，声化学有了长 足的发展，1986年在英国召开了"首届国际声化学学术会议"，标志着声化学作为一门新的学科已经形成。其后，声化学的国际学术组织成立，国际学术活动频 繁，国际学术杂志开始发行．欧洲声化学学会(ESS)成立于1990年，每一两年召开一次国际学术会议，2004年4月份将在西班牙召开第9次国际声化学 学术会议。国际声学会议(ICA)、世界超声大会(WCU)和功率超声在物理和化学处理中的应用(APUPCP)等国际例行学术会议上都列有声化学的讨论 专题。此外，声化学文献还比较多地出现在各种有关化学和声学杂志之中。我国第一本声化学专著――《声化学及其应用》(冯若，李化茂)1992年在安徽科技 出版社出版。
2 超声化学原理
超声作用可以促使常规条件下不能发生的化学反应发生或者提高现有的反应速度及反应程度。但这些并不是声波直接作用于反应物质的结果，一般认为上述现象的发生主要源于超声的机械作用和空化作用，是它们改变了反应的条件和环境的结果。
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机械作用--将超声波引入化学反应体系，超声波可使物质作剧烈强迫运动，产生单向力加速了物质的传递、扩散，可代替机械搅拌，能使物质从表面剥离，从而使界面更新。
空化作用--在一些情况下，超声效应的产生则要与空化机制相联系，声空化是指在声波作用下，存在于液体中的微小气泡（空穴）所发生的一系列动力学过程：振荡、扩大、收缩乃至崩溃。
上述这两个作用也许就是超声能加速和通启化学反应的缘故。
2 超声化学反应器
声化学反应器一般包括电子部分、换能器部分、耦合系统及反应器部分, 前面两部分基本上是已经定型的东西，并且属于超声学的内容，故在此不进行叙述，主要介绍几种声化学反应耦合系统和反应器。
（1）超声清洗器：这类反应器价廉易得，目前大部分的声化学反应都是用它来进行的；
（2）杯式超声反应器；
（3）非变幅射式超声反应器：这一类型的反应器有专门为化学反应而设计的反应器，温度压力控制可以达到非常精确的程度；
（4）探头插入式反应器；
（5）连续反应器；
（6）与光电结合的反应器。
http://www.chinabea.com/ 2 超声化学的应用和前景展望
声化学的应用范围很广，涉及到生物化学、分析化学、催化化学、电化学、光化学、环境化学、矿物化学处理、萃取与分离、合成与降解，等等。
超声在生物化学中的最早应用应当是用超声来粉碎细胞壁，以释放出其内容物。随后的研究表明，低强度超声可以促进生化反应过程，如用超声照射液体营养基可增加藻类细胞的生长速度，从而使这些细胞产生蛋白质的量增加3倍。
在催化剂的制备中，常用到超声波，超声波的辐照可以增加催化剂的表面积使活性组分分散更均匀，催化活性增强。如美国Suslick等人发现，用超声处理镍 催化剂，可以实现烯烃的常温常压加氢，在超声波作用下，用镍催化剂的烯烃加氢反应活性可增大 倍以上，用 的超声活化羰基铁催化剂，在室温下使戊烯-1异构为戊烯-2反应速度提高了10 倍。
已有大量的研究报道表明，超声在化学合成方面有惊人的作用。在有机合成方面已成为常规合成技术，如格林试剂的合成中，传统工艺需使用严格干燥的乙醚且需加 入少量碘作诱导剂，而在超声照射下，只需普通试剂级乙醚而无需干燥。反应的诱导期也大大缩短至几秒；用镍粉催化的烯烃加氢反应，在超声照射下，反应速度可 以加快 倍以上。
http://www.chinabea.com/ 超声波声场的能量密度与空化泡崩溃时的能量密度相比,能量密度被扩大了万亿倍,引起能量的巨大集中;空化泡产生的极端高温和高压导致的声化学现象和声致发光,是声化学中特有的能量和物质交换形式,这些为化学和物理提出了新的研究课题。
光声学和声致发光学
在上世纪30年代,科伦大学的H.Frenzel和H.Schultes发现水溶液在声场的作用下居然有光发射出来,从此人们知道了一种崭新的发光现象- -声致发光(sonoluminescence)。 然而单个气泡的声致发光现象约在上世纪的90年代初才被发现并有进一步的研究。
声致发光的特征和机理到目前为止还没有一个完善的解释，但活跃在此前沿的科学家都有这么一个共识：搞清楚多泡声致发光和单泡声致发光的机制。液体中的声致 发光主要有两类机理，分别是多泡声致发光和单泡声致发光，近期的两种实验表明，液体中多泡(multiple-bubble) 声空化和单泡(single- bubble)声空化的发射光谱非常不同。
美国声学学会主席、华盛顿大学(西雅图) 声学电磁学系主任L. A. Crum 教授是国际声学界颇具声名的科学家。他认为：声喇叭浸入液体,并由较高的超声功率所驱动,声辐射端头可以形成大量空化泡,它们都是瞬时空化的, 声致发光可扩充到几乎整个液体,是多泡空化的结果, 可称作多泡声致发光。由于空化泡之间的相互作用, 以及(或) 受容器等边界的影响, 这类空化泡的爆裂是不对称的，部分宿主液体趁此流入气泡中心，随后的绝热压缩便使它们升高到白热化的温度。单个气泡通过声悬浮方法，使它置于声学谐振腔内 的液体中，在较强的功率超声作用下，该一气泡以其平衡体积为中心作大径向的持续振荡，即稳定空化，这种振荡可持续几百万个声周期，每一周期中均出现一次闪 光，而且与驱动声波同步，可称作单泡声致发光。单个气泡空化时的爆裂是对称进行的, 而且泡内气体可能形成了内聚激波, 这就是单泡声致发光时极高温度产生的主要原因。
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虽然多泡声致发光和单泡声致发光的特征和机制的不同, 已为越来越多的科学家所承认, 但离完全确认还有一段距离。
李化茂，俞小青和冯若在《关于声致发光的类型》这一文中提到用瞬态空化声致发光(transient cavitation sonolum inescence, 简写为TCSL)和稳态空化声致发光(stable cavitation sonolum inescence,简写为SCSL)来区分两类声致发光, 较能反映这两种有明显区别的空泡动力学过程及其声致发光等物理、化学效应。
声致发光有着广阔的应用前景。考虑到单泡声致发光的稳定性及几十皮秒宽的光脉冲与声场之间精确的同步性,人们可以利用它来开发一种廉价的高精度频率源。在 空化泡中内爆塌缩时声致发光将能量高度集中的本领，对可控核聚变的研究者提供了一个有价值的模型。声致发光在化学上也有着广泛的应用前景。多泡声致发光时 剧烈的空化现象对化学反应有着显著的影响，比如它能将需要花几个小时的从碘化钾中还原碘的实验缩短为几分钟。有人试验，使激光束照射到水面上的点以略高于 声速移动，这就可以不断加强声束，估计可使高频率声波传到5公里、10公里的距离，有广阔应用的前途。光声在无损检测方面也很重要。
热声学
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我们知道，声波在空气中传播时会产生压力及位移的波动。其实，声波的传播也会引起温度的波动。当声波所引起的压力、位移及温度的波动与一固体边界相作用时，就会发生明显的声波能量与热能的转换，这就是热声效应。
根据能量转换方向不同可将热声效应分为两类：一是用热来产生声，即热驱动的声振荡；二是用声来产生热流，即声驱动的热量传输。其相应的实际应用机械装置分 别为热声压缩机和热声制冷机。热声压缩机和热声制冷机在原理上是一致的，只是由于某些参数不同而导致了运行结果的迥异。
人们在很早以前就发现了热声效应。1777年,Higgins在实验中发现：当把氢焰放到一根两端开口大管子的适当位置时会在管子中激起声波振动。由此演 化而来的Rijke管现在已经在大学课堂上广泛用作演示热声效应的装置了。另一种较早的热声装置Sondhauss管也是在十九世纪就提出来了。它与 Rijke管的不同之处在于它是在一根只有一端开口的管中利用热声效应来发出声音的。
1878年，Rayleigh首先给出了热声振荡现象定性解释，他指出：对作声振动的介质，若在其最稠密的时候向其提供热量，而在其最稀疏时从其中吸取能 量，声振动就会得到加强(热能转变为声能)。反之，若在其最稠密的时候从其中吸取热量，而在其最稀疏时向其提供能量，声振动就会得到衰减(声能转变为热 能)。这就是所谓Rayleigh准则。
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现代实验热声学最重要的发展之一是美国新墨西哥大学的Carter教授和他的研究生Feldman在1962年对Sondhauss管进行的改进。
1986年，Hofler在他的博士论文中设计并制作了一实验热声制冷机。
国内对热声理论的研究刚刚起步，中科院，华中理工大学，上海同济大学，浙江大学都建立了制冷和低温研究所。在热声压缩机和热声制冷机方面都有相应的实验研究并取得了一定的成果。
近来，美国在提高热内燃机效率水平的研究方面取得了进展，这表明商业化热声学装置将在不久后被广泛应用。
据介绍，热声学发动机和电冰箱内的声波能够取代传统机器内部的典型机构--活塞及曲柄。在过去的20年中，物理学家和工程师们曾致力于一系列不使用摆动活塞、油密封或润滑剂的热发动机和压缩驱动电冰箱的研究。
这些所谓的热声学装置利用其内部的声波反射把热能转化为机械能，或将机械能转化为热能。这类机器可用于发电或提供制冷和空调。由于热声学装置使用惰性气体 作为"工作液"，因而它们不会对环境造成影响，比如破坏臭氧层，产生"温室效应"使全球变暖。而以往的空调设备制冷剂却含有CFC及HFC等有害物质。
海洋声学
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随着海洋科学和开发的迅速发展,海洋声学技术已发展成为海洋高科技中的重要组成部分,已成为声学中的独立的分支学科。
海洋声学是 水声学 和海洋学的结合，关于这两门学科能够很好地结合的问题，简略地说，是由于声波为目前唯一能够在海水中作远距离传播的一种辐射形式，声波是水中信息的主要载 体。1996年5月以前建立了联合国大陆架界限委员会,该委员会认为要用5种设备测量才能认可为划界提供的图件和资料,其中3 种设备是声呐,它们都属于海洋声学技术的研究范畴。美国科技白皮书中,在海洋高技术的内容中,海洋声学技术占有重要篇幅。每年召开的OCEANS会议中, 海声学技术占有三分之一以上的篇幅。
目前，海洋声学技术的研究内容主要包括探测声呐、导航声呐、定位声呐、水声通信机和声层析等技术。
至于海洋声学技术开发和研究有哪些应用，内容就太多了，如监测海洋污染、测绘海洋地貌、鱼群探测、渔业管理、探测海底浅层沉积物分层结构并绘出剖面图形、 探测深海海底分层结构、开发浅海石油、指导巨型海轮安全靠岸、破坏性海啸短期预报、声线轨迹及声速、测定石油井口位置、船舶动力定位、海洋参数自动测定、 内波测量，海流测量，等等。当然海洋声学的应用远远不止这些。
给13亿中国人们更多听觉关怀！！ 20年前，对湛江港航道曾动用大量人力、物力，花费了三年时间进行扫礁工作(尚未进行钻探)，而本次探测(包括钻探)仅用三个月时间，投入总人力不过五六 十人，总费用26万元，其中钻探费用即占18万元，且钻探工作量是在已有浅地层剖面探测资料的基础上确定的，否则按有关规定布孔钻探费用预计达65万元之 多，还应当指出，即使钻孔布置得再多，也不能得到类似浅地层剖面探测所得这样连续、逼真的地质剖面图。通过本次勘测证实，20年前所确定的礁石区其实并非 '礁石'，因此愿工程预算的1.4亿元炸礁费后，现改为O．07亿元的挖泥费就够了，这不但使该港建设深永泊位成为可能，而且为航道疏浚节省了大量人力、 财力和时间。
中国科学院声学研究所研究员、博导朱维庆在《海洋声学技术和信息处理》一文中提到了，根据国际上的发展趋势和我国的国情，建议今后我国的海洋声学着重研究如下技术:
1. 探测声呐－合成孔径声呐技术和采用高分辨率波束形成技术的测探侧扫声呐。它们与Chirp 浅地层剖面仪组成的三维声成象系统完全满足海洋测量要求。
2. 导航声呐技术－声相关海流冲面仪(ACCP) 技术、声相关计程仪(ACL) 技术和相控阵声多普勒海流剖面仪(PAADCP) 和相控阵声多普勒计程仪(PAADL) 。
给13亿中国人们更多听觉关怀！！ 3. 定位声呐技术－能跟踪多目标的远程长基线定位声呐。
4. 水声通信机－中程相干水声通信技术和水声通信网技术。
5. 声层析技术－中尺度大洋声层析技术,既能为海洋学研究提供有用的结果,相应的科研投入又较易解决。
声学微机电
微机电系统作为人们在微观领域认识合改造世界的一种高新科技一直以来对微米级至纳米级尺度下的微构件实施有效操作有着强烈的需求。特别是随着微机电系统领 域从原来注重单元零结构的生产向混合系统的集成方向高速发展，微结构操纵技术更加体现出其重要性合迫切性，探索新理论，新机理并发展这种技术已经成为微机 电系统这个新兴技术领域的一个最基础、最关键的热点研究课题之一。
经过许多科学家多年的不懈努力，目前已有多种形式的微电机相继问世，目前主流的微机电系统有三种：静电型电机，电磁型电机和超声波型电机。
静电型电机是利用电场和电荷之间作用力的一种电机，任何细小微粒、薄片都有静电存在，利用这一原理可以制成很小的电机。因为这种电机中的摩擦力和粘滞力较 大，其输出力矩很小，难以实用！电磁型电机利用通电导体在磁场中受力而获得驱动力，具有输出力矩大、运行寿命长、转换效率高转速、可调范围大和转向可逆等 优点，具有广泛的实用性，其根本缺点是结构复杂，难以用微电子工艺加工和进一步微型化。而超声波电机是利用压电材料（薄膜或圆片等）具有的逆压电效应，即 在交变电场作用下，压电材料会产生伸缩现象，通过各种伸缩振动模式的转换与耦合，将电能直接转变成机械振动能,并利用摩擦转变成旋转或直线运动的驱动方 式,它没有绕组和磁性元件，具有结构简单、重量轻、单位体积获得的出力大、响应速度快、控制精度高、没有电磁噪声和电磁兼容性（EMC）好等优点,另外还 具有耐低温/真空等适合太空环境的特点,有其独特的优势。 http://www.chinabea.com/
国内外对超声微电机研究是在上世纪90年代初开始的，是在静电微电机和电磁型微电机研究受阻后转向的。超声微电机已是MEMS中一个十分新颖和具有巨大潜力的开发课题,有许多基础理论和实验问题有待突破!
下面介绍一下目前主要的几种超声微机电：
一是柱状超声微电机，具体又可分压电管式，压电片夹心式和压电柱式，但其传动原理一样。"但其传动原理一样，如图7.1所示。定子产生弯曲摇头运动，转子 压紧通过摩擦力产生回转，其实质是单个行波连续的点（线）接触。最早研究此种超声微电机的MIT人工智能实验室。后来也陆续有性能更好的超声微机电出现， 包括国内清华大学李龙土院士课题组和周铁英教授课题组已分别研制成功了直径 和直径 电机，其转速都比较高。
二是环状超声微电机，美国密苏里大学研制了直径 的环状超声微电机。MIT研制的双面转子行波型超声波电机力矩要比同直径的行波型超声波电机高2倍，且运转十分平稳，已成功用于NASA的火星着陆灵巧机机械臂。
三是弹性叶片超声微电机，是由东京工业大学的中村等人首先提出并试制成功的。由于其结构较简单，可进一步微型化。 中国建筑环境声学网
超声微电机的发展始终围绕实用化，但针对各种应用背景，发展趋势主要在两个方向上：一是更微型化；二是兼顾出力和尺寸的超声微电机。
超声微电机在进一步研究的过程中主要解决的几个关键问题可以分为以下几个：
1．系统模型和设计，应建立超声微电机的系统模型和基于模型的优化设计方法，解决微摩擦问题
2．基础技术
3．工程化，如高低温和真空环境下性能和寿命问题是军工应用所必须考虑的。
