Vysoce výkonné aplikace ultrazvuku často používají frekvence mezi 20 kHz a několika sty kHz. Intenzita může být velmi vysoká; nad 10 wattů na centimetr čtvereční lze v kapalném prostředí vyvolat kavitaci a některé aplikace používají až 1000 wattů na centimetr čtvereční. Takto vysoké intenzity mohou vyvolat chemické změny nebo vyvolat významné účinky přímým mechanickým působením a mohou inaktivovat škodlivé mikroorganismy.
Fyzikální terapie
Ultrazvuk používají od 40. let 20. století fyzioterapeuti a ergoterapeuti k ošetření pojivové tkáně: vazů, šlach a fascií (a také jizevnaté tkáně). Mezi stavy, u kterých lze ultrazvuk použít k léčbě, patří například tyto: podvrtnutí vazů, natažení svalů, zánět šlach, zánět kloubů, plantární fasciitida, metatarzalgie, podráždění faset, impingement syndrom, burzitida, revmatoidní artritida, osteoartritida a srůsty jizevnaté tkáně.
Biomedicínské aplikace
Ultrazvuk má také terapeutické aplikace, které mohou být velmi prospěšné, pokud se používají s opatrností při dávkování. Ultrazvuk s relativně vysokým výkonem může rozbíjet kamenné usazeniny nebo tkáně, urychlovat účinek léků v cílové oblasti, pomáhat při měření elastických vlastností tkání a může být použit k třídění buněk nebo malých částic pro výzkum.
Ultrazvuková rázová úprava
Ultrazvuková rázová úprava (UIT) využívá ultrazvuk ke zlepšení mechanických a fyzikálních vlastností kovů. Jedná se o metalurgickou techniku zpracování, při níž se na kovový předmět působí ultrazvukovou energií. Výsledkem ultrazvukového ošetření může být řízené zbytkové tlakové napětí, zjemnění zrn a zmenšení jejich velikosti. Dochází ke zvýšení únavy při nízkých a vysokých cyklech a bylo zdokumentováno až desetinásobné zvýšení oproti vzorkům bez UIT. Kromě toho se UIT osvědčila při řešení korozního praskání, korozní únavy a souvisejících problémů.
Když se nástroj UIT, tvořený ultrazvukovým snímačem, kolíky a dalšími součástmi, dostane do kontaktu s obrobkem, akusticky se s ním spojí a vytvoří harmonickou rezonanci. Tato harmonická rezonance probíhá na pečlivě kalibrované frekvenci, na kterou kovy reagují velmi příznivě.
V závislosti na požadovaných účincích ošetření se používá kombinace různých frekvencí a amplitudy posunutí. Tyto frekvence se pohybují v rozmezí 25 až 55 kHz, přičemž amplituda posunu rezonančního tělesa se pohybuje v rozmezí 22 až 50 µm (0,00087 až 0,0020 in).
Zařízení UIT spoléhají na magnetostrikční snímače.
Zpracování
Ultrazvuk nabízí velký potenciál při zpracování kapalin a suspenzí tím, že zlepšuje míchání a chemické reakce v různých aplikacích a průmyslových odvětvích. Ultrazvuk generuje v kapalinách střídavé nízkotlaké a vysokotlaké vlny, což vede k tvorbě a prudkému kolapsu malých vakuových bublinek. Tento jev se označuje jako kavitace a způsobuje vysokorychlostní nárazové proudy kapaliny a silné hydrodynamické smykové síly. Těchto jevů se využívá k deaglomeraci a mletí materiálů o velikosti mikrometrů a nanometrů, stejně jako k rozpadu buněk nebo míchání reaktantů. V tomto ohledu je ultrazvuk alternativou k vysokorychlostním míchadlům a kuličkovým mlýnům s míchadly. Ultrazvukové fólie pod pohyblivým drátem v papírenském stroji využijí rázové vlny z implodujících bublin k rovnoměrnějšímu rozložení celulózových vláken ve vyráběné papírové pásce, čímž vznikne pevnější papír s rovnoměrnějším povrchem. Kromě toho chemické reakce těží z volných radikálů vytvořených kavitací, jakož i z přívodu energie a přenosu materiálu přes mezní vrstvy. U mnoha procesů vede tento sonochemický efekt (viz sonochemie) k podstatnému zkrácení reakční doby, například při transesterifikaci oleje na bionaftu.
Podstatná intenzita ultrazvuku a vysoké amplitudy ultrazvukových vibrací jsou vyžadovány pro mnoho zpracovatelských aplikací, jako je nanokrystalizace, nanoemulgace, deaglomerace, extrakce, rozrušování buněk, jakož i mnoho dalších. Obvykle se proces nejprve testuje v laboratorním měřítku, aby se prokázala proveditelnost a stanovily některé požadované parametry ultrazvukové expozice. Po dokončení této fáze se proces převede do pilotního (stolního) měřítka pro průtokovou předvýrobní optimalizaci a poté do průmyslového měřítka pro kontinuální výrobu. Během těchto kroků rozšiřování měřítka je nezbytné zajistit, aby všechny místní podmínky expozice (amplituda ultrazvuku, intenzita kavitace, doba strávená v aktivní kavitační zóně atd. Pokud je tato podmínka splněna, kvalita konečného výrobku zůstává na optimalizované úrovni, zatímco produktivita se zvyšuje o předvídatelný „scale-up faktor“. Zvýšení produktivity vyplývá ze skutečnosti, že laboratorní, stolní a průmyslové ultrazvukové procesory obsahují postupně větší ultrazvukové rohy, které jsou schopny vytvářet postupně větší kavitační zóny s vysokou intenzitou, a tudíž zpracovat více materiálu za jednotku času. Tomu se říká „přímá škálovatelnost“. Je důležité zdůraznit, že samotné zvyšování výkonu ultrazvukového procesoru nevede k přímé škálovatelnosti, protože může být (a často je) doprovázeno snížením amplitudy ultrazvuku a intenzity kavitace. Při přímém škálování musí být zachovány všechny podmínky zpracování, přičemž se zvyšuje jmenovitý výkon zařízení, aby bylo možné provozovat větší ultrazvukový roh.
Ultrazvuková manipulace a charakterizace částic
Výzkumný pracovník Ústavu pro výzkum průmyslových materiálů Alessandro Malutta vymyslel experiment, který prokázal záchytné působení ultrazvukových stojatých vln na vlákna dřevní hmoty zředěná ve vodě a jejich paralelní orientaci do ekvidistantních tlakových rovin. Doba orientace vláken v ekvidistantních rovinách se měří pomocí laseru a elektrooptického senzoru. To by mohlo papírenskému průmyslu poskytnout rychlý on-line systém měření velikosti vláken. Poněkud odlišné provedení bylo předvedeno na Pennsylvánské státní univerzitě s použitím mikročipu, který generoval dvojici kolmých stojatých povrchových akustických vln umožňujících umístit částice ve vzájemné ekvidistantě na mřížce. Tento experiment, nazývaný akustická pinzeta, lze využít pro aplikace v materiálových vědách, biologii, fyzice, chemii a nanotechnologiích.
Ultrazvukové čištění
Ultrazvukové čističe, někdy mylně nazývané nadzvukové čističe, se používají při frekvencích 20 až 40 kHz pro čištění šperků, čoček a jiných optických součástí, hodinek, zubních nástrojů, chirurgických nástrojů, potápěčských regulátorů a průmyslových součástí. Ultrazvuková čistička pracuje převážně na základě energie uvolněné při kolapsu milionů mikroskopických kavitací v blízkosti znečištěného povrchu. Bublinky vzniklé kavitací se hroutí a vytvářejí drobné trysky směřující na povrch.
Ultrazvuková dezintegrace
Podobně jako při ultrazvukovém čištění lze dezintegrovat biologické buňky včetně bakterií. Ultrazvuk o vysokém výkonu vytváří kavitaci, která usnadňuje dezintegraci částic nebo reakce. To má využití v biologických vědách pro analytické nebo chemické účely (sonikace a sonoporace) a při ničení bakterií v odpadních vodách. Vysoce výkonný ultrazvuk může dezintegrovat kukuřičnou kaši a zvýšit zkapalnění a sacharizaci pro vyšší výtěžnost etanolu v zařízeních na mletí suché kukuřice.
Ultrazvukový zvlhčovač
Ultrazvukový zvlhčovač, jeden z typů nebulizátoru (zařízení, které vytváří velmi jemný rozprašovač), je oblíbeným typem zvlhčovače. Funguje na základě vibrací kovové desky při ultrazvukových frekvencích, které rozprašují (někdy nesprávně nazývané „rozprašují“) vodu. Protože se voda nezahřívá kvůli odpařování, vytváří chladnou mlhu. Ultrazvukové tlakové vlny rozprašují nejen vodu, ale také materiály ve vodě, včetně vápníku, jiných minerálů, virů, plísní, bakterií a dalších nečistot. Onemocnění způsobená nečistotami, které se nacházejí v nádrži zvlhčovače, spadají pod pojem „zvlhčovací horečka“.
Ultrazvukové zvlhčovače se často používají v aeroponii, kde se obecně označují jako mlhovače.
Ultrazvukové svařování
Při ultrazvukovém svařování plastů se používají vysokofrekvenční (15 kHz až 40 kHz) vibrace s nízkou amplitudou, které vytvářejí teplo prostřednictvím tření mezi spojovanými materiály. Rozhraní obou částí je speciálně navrženo tak, aby koncentrovalo energii pro dosažení maximální pevnosti svaru.
Sonochemie
Výkonný ultrazvuk v rozsahu 20-100 kHz se používá v chemii. Ultrazvuk neinteraguje přímo s molekulami, aby vyvolal chemickou změnu, protože jeho typická vlnová délka (v rozsahu milimetrů) je ve srovnání s molekulami příliš dlouhá. Místo toho energie způsobuje kavitaci, která vytváří extrémní teploty a tlaky v kapalině, kde dochází k reakci. Ultrazvuk také rozbíjí pevné látky a odstraňuje pasivní vrstvy inertního materiálu, čímž vzniká větší povrch, na kterém může reakce probíhat. Oba tyto účinky urychlují reakci. V roce 2008 Atul Kumar oznámil syntézu Hantzschových esterů a polyhydrochinolinových derivátů pomocí vícesložkového reakčního protokolu ve vodných micelách za použití ultrazvuku.
Ultrazvuk se používá při extrakci, přičemž se používají různé frekvence.
Zbraně
Ultrazvuk byl studován jako základ pro zvukové zbraně, pro aplikace, jako je potlačování nepokojů, dezorientace útočníků, až po smrtící úrovně zvuku.
Bezdrátová komunikace
V červenci 2015 časopis The Economist uvedl, že vědci z Kalifornské univerzity v Berkeley provedli studie ultrazvuku s použitím grafenových membrán. Tenkost a nízká hmotnost grafenu v kombinaci s jeho pevností z něj činí efektivní materiál pro použití v ultrazvukové komunikaci. Jednou z navrhovaných aplikací této technologie by mohla být komunikace pod vodou, kde se rádiové vlny obvykle špatně šíří.
Ultrazvukové signály byly použity ve „zvukových majácích“ pro sledování uživatelů internetu napříč zařízeními.