Suuritehoisissa ultraäänisovelluksissa käytetään usein taajuuksia 20 kHz:n ja muutaman sadan kHz:n välillä. Intensiteetit voivat olla hyvin korkeita; yli 10 wattia neliösenttimetriä kohti voidaan indusoida kavitaatiota nestemäisissä väliaineissa, ja joissakin sovelluksissa käytetään jopa 1000 wattia neliösenttimetriä kohti. Näin suuret intensiteetit voivat aiheuttaa kemiallisia muutoksia tai tuottaa merkittäviä vaikutuksia suoralla mekaanisella vaikutuksella, ja ne voivat inaktivoida haitallisia mikro-organismeja.
fysikaalinen terapia
Fysikaali- ja toimintaterapeutit ovat käyttäneet ultraääntä 1940-luvulta lähtien sidekudoksen: nivelsiteiden, jänteiden ja faskioiden (ja myös arpikudoksen) hoitoon. Tiloja, joiden hoitoon ultraääntä voidaan käyttää, ovat esimerkiksi seuraavat: nivelsiteiden nyrjähdykset, lihasten venähdykset, jännetulehdukset, niveltulehdukset, plantaarifaskiitti, metatarsalgia, fasettiärsytys, impingement-oireyhtymä, bursiitti, nivelreuma, nivelrikko ja arpikudoksen kiinnittyminen.
biolääketieteelliset sovellukset
Osairauksilla on myös terapeuttisia sovellutuksia, jotka voivat olla hyvinkin edullisia käytettäessä niitä annostelua koskevia varotoimenpiteitä noudattaen. Suhteellisen suuritehoinen ultraääni voi hajottaa kivisiä kerrostumia tai kudoksia, nopeuttaa lääkkeiden vaikutusta kohdealueella, auttaa kudoksen elastisten ominaisuuksien mittaamisessa ja sitä voidaan käyttää solujen tai pienten hiukkasten lajitteluun tutkimusta varten.
Ultrasonic impact treatment
Ultrasonic impact treatment (UIT) -menetelmässä käytetään ultraääntä parantamaan metallien mekaanisia ja fyysisiä ominaisuuksia. Se on metallurginen käsittelytekniikka, jossa ultraäänienergiaa käytetään metallikappaleeseen. Ultraäänikäsittely voi johtaa hallittuun jäännöspuristusjännitykseen, raekoon hienontamiseen ja raekoon pienentämiseen. Matala- ja korkeasyklinen väsymiskestävyys paranee, ja sen on todettu lisäävän kestävyyttä jopa kymmenkertaisesti verrattuna näytteisiin, joissa ei ole käytetty UIT:tä. Lisäksi UIT on osoittautunut tehokkaaksi käsiteltäessä jännityskorroosiohalkeilua, korroosioväsymystä ja niihin liittyviä ongelmia.
Kun UIT-työkalu, joka koostuu ultraäänianturista, nastoista ja muista komponenteista, joutuu kosketuksiin työkappaleen kanssa, se kytkeytyy akustisesti työkappaleen kanssa luoden harmonista resonanssia. Tämä harmoninen resonanssi tapahtuu huolellisesti kalibroidulla taajuudella, johon metallit reagoivat erittäin suotuisasti.
Käsittelyn halutuista vaikutuksista riippuen käytetään eri taajuuksien ja siirtymäamplitudien yhdistelmää. Nämä taajuudet vaihtelevat 25 ja 55 kHz:n välillä, ja resonanssikappaleen siirtymäamplitudi on 22 ja 50 µm (0,00087 ja 0,0020 in) välillä.
UIT-laitteet perustuvat magnetostriktiivisiin muuntimiin.
Käsittely
Ultrasonication tarjoaa suuria mahdollisuuksia nesteiden ja lietteiden käsittelyssä parantamalla sekoittumista ja kemiallisia reaktioita eri sovelluksissa ja teollisuudenaloilla. Ultraäänihoito synnyttää nesteissä vuorottelevia matala- ja korkeapaineisia aaltoja, jotka johtavat pienten tyhjiökuplien muodostumiseen ja väkivaltaiseen romahtamiseen. Tätä ilmiötä kutsutaan kavitaatioksi, ja se aiheuttaa suurella nopeudella törmääviä nestesuihkuja ja voimakkaita hydrodynaamisia leikkausvoimia. Näitä vaikutuksia käytetään mikrometrin ja nanometrin kokoisten materiaalien hajottamiseen ja jauhamiseen sekä solujen hajottamiseen tai reaktioaineitten sekoittamiseen. Tältä osin ultraääni on vaihtoehto suurnopeussekoittimille ja sekoitushelmimyllyille. Paperikoneessa liikkuvan viiran alla olevat ultraäänikalvot käyttävät implodoituvien kuplien aiheuttamia iskuaaltoja selluloosakuitujen tasaisempaan jakautumiseen tuotetussa paperirangassa, mikä tekee paperista vahvempaa ja tasaisemman pinnan omaavaa paperia. Lisäksi kemialliset reaktiot hyötyvät kavitaation synnyttämistä vapaista radikaaleista sekä energian syötöstä ja materiaalin siirtymisestä rajakerrosten kautta. Monissa prosesseissa tämä sonokemiallinen vaikutus (ks. sonokemia) johtaa reaktioajan huomattavaan lyhenemiseen, kuten öljyn transesteröinnissä biodieseliksi.
Suurta ultraääni-intensiteettiä ja suuria ultraäänivärähtelyamplitudeja tarvitaan monissa prosessointisovelluksissa, kuten nanokiteyttämisessä, nanoemulsifikaatiossa, deagglomeroinnissa, uuttamisessa, solujen hajottamisessa sekä monissa muissa. Yleensä prosessi testataan ensin laboratoriomittakaavassa toteutettavuuden osoittamiseksi ja joidenkin vaadittujen ultraäänialtistusparametrien määrittämiseksi. Kun tämä vaihe on päättynyt, prosessi siirretään pilotti- (penkki-) mittakaavaan läpivirtauksen esivalmistuksen optimointia varten ja sitten teollisuusmittakaavaan jatkuvaa tuotantoa varten. Näiden skaalausvaiheiden aikana on tärkeää varmistaa, että kaikki paikalliset altistusolosuhteet (ultraäänen amplitudi, kavitaation voimakkuus, aktiivisella kavitaatioalueella vietetty aika jne.) pysyvät samoina. Jos tämä ehto täyttyy, lopputuotteen laatu pysyy optimoidulla tasolla, kun taas tuottavuus kasvaa ennustettavalla ”skaalauskertoimella”. Tuottavuuden kasvu johtuu siitä, että laboratorio-, työpöytä- ja teollisen mittakaavan ultraääniprosessorijärjestelmät sisältävät yhä suurempia ultraäänisarvia, jotka pystyvät tuottamaan yhä suurempia korkean intensiteetin kavitaatiovyöhykkeitä ja näin ollen käsittelemään enemmän materiaalia aikayksikköä kohden. Tätä kutsutaan ”suoraksi skaalautuvuudeksi”. On tärkeää huomauttaa, että ultraääniprosessorin tehon lisääminen ei yksinään johda suoraan skaalautuvuuteen, koska siihen voi liittyä (ja usein liittyykin) ultraäänen amplitudin ja kavitaation voimakkuuden väheneminen. Suoran skaalautumisen aikana kaikki käsittelyolosuhteet on säilytettävä, kun taas laitteiston tehoa nostetaan, jotta voidaan käyttää suurempaa ultraäänisarvea.
Ultrasonic manipulation and characterization of particles
Teollisuuden materiaalitutkimuslaitoksen tutkija Alessandro Malutta suunnitteli kokeen, joka osoitti ultraäänen seisovien aaltojen kiinnipitovaikutuksen veteen laimennettuihin puumassakuituihin ja niiden samansuuntaisen suunnan suuntautumisen samansuuntaisiin painetasoihin. Kuitujen suuntautumiseen samankeskisiin tasoihin kuluva aika mitataan laserilla ja sähköoptisella anturilla. Tämä voisi tarjota paperiteollisuudelle nopean on-line-kuitujen koon mittausjärjestelmän. Pennsylvanian valtionyliopistossa esiteltiin hieman erilainen toteutus, jossa käytettiin mikrosirua, joka synnytti pari kohtisuoraa pysyvää pinta-akustista aaltoa, joiden avulla hiukkaset voitiin sijoittaa samalle etäisyydelle toisistaan ruudukkoon. Tätä akustisiksi pinseteiksi kutsuttua koetta voidaan käyttää materiaalitieteiden, biologian, fysiikan, kemian ja nanoteknologian sovelluksissa.
Ultrasonic cleaning
Ultraäänipuhdistimia, joita joskus virheellisesti kutsutaan yliäänipuhdistimiksi, käytetään 20-40 kHz:n taajuuksilla korujen, linssien ja muiden optisten osien, kellojen, hammaslääketieteellisten instrumenttien, kirurgisten instrumenttien, sukellussäätimien ja teollisuuden osien puhdistukseen. Ultraäänipuhdistin toimii pääasiassa energian avulla, joka vapautuu miljoonien mikroskooppisten kavitaatioiden romahtamisesta likaisen pinnan lähellä. Kavitaatiosta syntyneet kuplat luhistuvat muodostaen pieniä pintaan suunnattuja suihkuja.
Ultrasonic disintegration
Yhtä lailla kuin ultraäänipuhdistuksessa, biologisia soluja, kuten bakteereja, voidaan hajottaa. Suuritehoinen ultraääni tuottaa kavitaatiota, joka helpottaa hiukkasten hajoamista tai reaktioita. Tätä käytetään biologisessa tieteessä analyyttisiin tai kemiallisiin tarkoituksiin (sonikointi ja sonoporaatio) ja bakteerien tappamiseen jätevedessä. Suuritehoinen ultraääni voi hajottaa maissilietettä ja tehostaa nesteytystä ja sakkarointia etanolin saannon lisäämiseksi maissin kuivamyllylaitoksissa.
Ultaäänikostutin
Ultaäänikostutin, joka on eräänlainen sumutin (laite, joka luo hyvin hienon suihkun), on suosittu ilmankostutintyyppi. Se toimii värähtelemällä metallilevyä ultraäänitaajuuksilla veden sumuttamiseksi (joskus virheellisesti ”sumuttamiseksi”). Koska vettä ei kuumenneta haihtumista varten, se tuottaa viileää sumua. Ultraäänipaineaallot sumuttavat veden lisäksi myös vedessä olevia aineita, kuten kalsiumia, muita mineraaleja, viruksia, sieniä, bakteereja ja muita epäpuhtauksia. Ilmankostuttimen säiliössä olevien epäpuhtauksien aiheuttamat sairaudet kuuluvat nimikkeeseen ”ilmankostutinkuume”.
Ultrasonic humidifiers are frequently used in aeroponics, where they are generally referred to be called as foggers.
Ultrasonic welding
Muovien ultraäänihitsauksessa käytetään korkeataajuista (15 kHz-40 kHz) matala-amplitudista värähtelyä tuottamaan lämpöä liimattavien materiaalien välille syntyvän kitkan avulla. Kahden osan rajapinta on erityisesti suunniteltu siten, että energia keskittyy maksimaalisen hitsauslujuuden saavuttamiseksi.
Sonokemia
Kemiassa käytetään 20-100 kHz:n tehoista ultraääntä. Ultraääni ei ole suorassa vuorovaikutuksessa molekyylien kanssa kemiallisen muutoksen aikaansaamiseksi, koska sen tyypillinen aallonpituus (millimetrin alueella) on liian pitkä verrattuna molekyyleihin. Sen sijaan energia aiheuttaa kavitaatiota, joka synnyttää lämpötilan ja paineen ääriarvoja nesteessä, jossa reaktio tapahtuu. Ultraääni hajottaa myös kiinteitä aineita ja poistaa passiivisia inertin materiaalin kerroksia, jolloin reaktio voi tapahtua suuremmalla pinta-alalla. Molemmat vaikutukset nopeuttavat reaktiota. Vuonna 2008 Atul Kumar raportoi Hantzsch-estereiden ja polyhydrokinoliinijohdannaisten synteesistä monikomponenttisen reaktioprotokollan avulla vesimikelleissä käyttäen ultraääntä.
Ultraääntä käytetään uuttamisessa käyttäen eri taajuuksia.
Aseet
Ultraääntä on tutkittu ääniaseiden perustana, esimerkiksi mellakoiden hallintaan, hyökkääjien harhauttamiseen, jopa tappaviin äänitasoihin asti.
Langaton viestintä
Heinäkuussa 2015 The Economist -lehti uutisoi, että Kalifornian yliopiston Berkeleyn tutkijat ovat tehneet ultraäänitutkimuksia grafeenimembraanien avulla. Grafeenin ohuus ja pieni paino yhdistettynä lujuuteen tekevät siitä tehokkaan materiaalin käytettäväksi ultraääniviestinnässä. Yksi ehdotettu sovelluskohde olisi vedenalainen viestintä, jossa radioaallot eivät yleensä kulje hyvin.
Ultraäänisignaaleja on käytetty ”äänimajakoissa” Internetin käyttäjien laitteiden väliseen seurantaan.