Az ultrahang nagy teljesítményű alkalmazásai gyakran 20 kHz és néhány száz kHz közötti frekvenciákat használnak. Az intenzitások nagyon magasak lehetnek; 10 watt/négyzetcentiméter felett kavitáció indukálható folyékony közegben, és egyes alkalmazások akár 1000 watt/négyzetcentimétert is használnak. Az ilyen nagy intenzitások kémiai változásokat idézhetnek elő, vagy közvetlen mechanikai hatásukkal jelentős hatásokat érhetnek el, és inaktiválhatják a káros mikroorganizmusokat.
Fizikai terápia
Az 1940-es évek óta használják a fizikoterapeuták és a foglalkozás-terapeuták a kötőszövet: szalagok, inak és fasciák (valamint a hegszövet) kezelésére. Az ultrahanggal kezelhető állapotok közé tartoznak a következő példák: szalaghúzódás, izomhúzódás, ínhüvelygyulladás, ízületi gyulladás, plantáris fasciitis, metatarsalgia, facet irritáció, impingement szindróma, bursitis, reumatoid arthritis, osteoarthritis és hegszöveti tapadás.
Biogyógyászati alkalmazások
Az ultrahangnak terápiás alkalmazásai is vannak, amelyek igen hasznosak lehetnek, ha adagolási óvintézkedésekkel alkalmazzák. A viszonylag nagy teljesítményű ultrahang képes felbontani a kőlerakódásokat vagy szöveteket, felgyorsíthatja a gyógyszerek hatását a célzott területen, segíthet a szövetek rugalmas tulajdonságainak mérésében, és felhasználható sejtek vagy kis részecskék szétválogatására a kutatásban.
Ultrahangos ütéskezelés
Az ultrahangos ütéskezelés (UIT) ultrahangot használ a fémek mechanikai és fizikai tulajdonságainak javítására. Ez egy olyan metallurgiai feldolgozási technika, amelyben ultrahangos energiát alkalmaznak egy fémtárgyra. Az ultrahangos kezelés szabályozott maradó nyomófeszültséget, szemcseméret-finomítást és szemcseméret-csökkenést eredményezhet. Az alacsony és magas ciklusú fáradás fokozódik, és dokumentáltan akár tízszer nagyobb növekedést eredményez, mint az UIT nélküli minták. Ezenkívül az UIT hatékonynak bizonyult a feszültségkorróziós repedések, a korróziós fáradás és a kapcsolódó problémák kezelésében.
Amikor az ultrahangos jelátalakítóból, csapokból és egyéb alkatrészekből álló UIT-szerszám érintkezik a munkadarabbal, akusztikusan összekapcsolódik a munkadarabbal, harmonikus rezonanciát hozva létre. Ez a harmonikus rezonancia egy gondosan kalibrált frekvencián történik, amelyre a fémek nagyon kedvezően reagálnak.
A kezelés kívánt hatásától függően különböző frekvenciák és elmozdulási amplitúdók kombinációját alkalmazzák. Ezek a frekvenciák 25 és 55 kHz között mozognak, a rezonáns test elmozdulási amplitúdója pedig 22 és 50 µm (0,00087 és 0,0020 in) között van.
AUIT készülékek magnetostriktív átalakítókra támaszkodnak.
Feldolgozás
A szonikáció nagy lehetőségeket kínál a folyadékok és iszapok feldolgozásában, a keveredés és a kémiai reakciók javításával a különböző alkalmazásokban és iparágakban. Az ultrahangosítás váltakozó alacsony és magas nyomású hullámokat generál a folyadékokban, ami a kis vákuumbuborékok kialakulásához és erőszakos összeomlásához vezet. Ezt a jelenséget kavitációnak nevezzük, és nagy sebességgel becsapódó folyadéksugarakat és erős hidrodinamikai nyíróerőt okoz. Ezeket a hatásokat mikrométeres és nanométeres méretű anyagok deagglomerálására és őrlésére, valamint sejtek felbomlasztására vagy reaktánsok keverésére használják. Ebből a szempontból az ultrahangosítás a nagysebességű keverők és a keverőgyöngyös malmok alternatívája. Az ultrahangos fóliák a papírgépben a mozgó huzal alatt az implodáló buborékok lökéshullámait használják fel a cellulózszálak egyenletesebb eloszlására az előállított papírszövetben, ami erősebb, egyenletesebb felületű papírt eredményez. Ezenkívül a kémiai reakciók is profitálnak a kavitáció által létrehozott szabad gyökökből, valamint az energiabevitelből és a határrétegeken keresztül történő anyagátadásból. Számos folyamat esetében ez a szonokémiai (lásd szonokémia) hatás a reakcióidő jelentős csökkenéséhez vezet, mint például az olaj biodízellé történő átészterezésénél.
Sok feldolgozási alkalmazáshoz, például nanokristályosításhoz, nanoemulgeáláshoz, deagglomeráláshoz, extrakcióhoz, sejtbontáshoz, valamint sok máshoz jelentős ultrahangos intenzitás és nagy ultrahangos rezgésamplitúdó szükséges. Általában egy folyamatot először laboratóriumi léptékben tesztelnek, hogy bizonyítsák a megvalósíthatóságot és meghatározzák a szükséges ultrahangos expozíciós paramétereket. Miután ez a fázis befejeződött, a folyamatot kísérleti (pad) léptékbe helyezik át a gyártás előtti optimalizáláshoz, majd ipari léptékbe a folyamatos termeléshez. E méretnövelési lépések során alapvető fontosságú annak biztosítása, hogy az összes helyi expozíciós feltétel (ultrahangos amplitúdó, kavitációs intenzitás, az aktív kavitációs zónában töltött idő stb.) azonos maradjon. Ha ez a feltétel teljesül, a végtermék minősége az optimalizált szinten marad, miközben a termelékenység egy kiszámítható “méretnövelési tényezővel” nő. A termelékenység növekedése abból adódik, hogy a laboratóriumi, asztali és ipari méretű ultrahangos feldolgozórendszerek egyre nagyobb ultrahangos szarvakat tartalmaznak, amelyek egyre nagyobb, nagy intenzitású kavitációs zónákat képesek létrehozni, és így egységnyi idő alatt több anyagot tudnak feldolgozni. Ezt nevezik “közvetlen méretezhetőségnek”. Fontos rámutatni, hogy az ultrahangos processzor teljesítményének növelése önmagában nem eredményez közvetlen skálázhatóságot, mivel ez az ultrahangos amplitúdó és a kavitációs intenzitás csökkenésével járhat (és gyakran jár is). A közvetlen méretnövelés során minden feldolgozási feltételt fenn kell tartani, miközben a berendezés teljesítményét növelik, hogy lehetővé tegyék egy nagyobb ultrahangos kürt működtetését.
Ultrahangos manipuláció és részecskék jellemzése
Az Ipari Anyagkutató Intézet kutatója, Alessandro Malutta olyan kísérletet dolgozott ki, amely bemutatta az ultrahangos állóhullámok csapdázó hatását a vízben hígított cellulózszálakon és azok párhuzamos orientációját az egyenlő távolságra lévő nyomási síkokba. A szálak egyenlő távolságra lévő síkokba való orientálódásának idejét lézerrel és elektro-optikai érzékelővel mérték. Ez egy gyors on-line szálméret-mérési rendszert biztosíthat a papíripar számára. A Pennsylvaniai Állami Egyetemen egy némileg eltérő megvalósítást mutattak be egy mikrochip segítségével, amely egy pár egymásra merőleges álló felületi akusztikus hullámot generált, ami lehetővé tette a részecskék egymástól egyenlő távolságra történő elhelyezését egy rácson. Ez az akusztikus csipesznek nevezett kísérlet az anyagtudományok, a biológia, a fizika, a kémia és a nanotechnológia területén alkalmazható.
Ultrahangos tisztítás
Az ultrahangos tisztítóberendezéseket, amelyeket néha tévesen szuperszonikus tisztítóberendezéseknek neveznek, 20 és 40 kHz közötti frekvencián használják ékszerek, lencsék és más optikai alkatrészek, órák, fogászati műszerek, sebészeti műszerek, búvárszabályozók és ipari alkatrészek tisztítására. Az ultrahangos tisztítóberendezés főként a szennyezett felület közelében lévő mikroszkopikus kavitációk millióinak összeomlásából felszabaduló energiával működik. A kavitáció által létrehozott buborékok a felületre irányított apró sugárnyalábokat alkotva omlanak össze.
Ultrahangos dezintegráció
Az ultrahangos tisztításhoz hasonlóan biológiai sejtek, köztük baktériumok is dezintegrálhatók. A nagy teljesítményű ultrahang kavitációt hoz létre, amely megkönnyíti a részecskék dezintegrációját vagy reakcióit. Ezt a biológiai tudományban analitikai vagy kémiai célokra (szonikáció és szonoporáció) és a szennyvízben lévő baktériumok elpusztítására használják. A nagy teljesítményű ultrahang képes dezintegrálni a kukoricaiszapot, és fokozza a cseppfolyósítást és a szacharifikációt a nagyobb etanolhozam érdekében a száraz kukoricamalmoló üzemekben.
Ultrahangos párásító
Az ultrahangos párásító, a porlasztó egyik típusa (olyan eszköz, amely nagyon finom permetet hoz létre), a párásító egyik népszerű típusa. Úgy működik, hogy egy fémlemezt rezegtet ultrahangos frekvencián, hogy a vizet elporlasztja (néha helytelenül “porlasztja”). Mivel a vizet nem melegítik fel a párologtatáshoz, hűvös ködöt termel. Az ultrahangos nyomáshullámok nemcsak a vizet, hanem a vízben lévő anyagokat is elporlasztják, beleértve a kalciumot, egyéb ásványi anyagokat, vírusokat, gombákat, baktériumokat és egyéb szennyeződéseket. A párásító tartályában lévő szennyeződések által okozott megbetegedések a “párásító láz” címszó alá tartoznak.
Az ultrahangos párásítókat gyakran használják az aeroponikában, ahol általában ködképzőnek nevezik őket.
Ultrahangos hegesztés
A műanyagok ultrahangos hegesztésében nagy frekvenciájú (15 kHz és 40 kHz közötti), kis amplitúdójú rezgést használnak, hogy az egyesítendő anyagok közötti súrlódás révén hőt hozzanak létre. A két alkatrész határfelületét speciálisan úgy alakítják ki, hogy a maximális hegesztési szilárdság érdekében koncentrálják az energiát.
Szonokémia
A 20-100 kHz-es tartományba eső teljesítményű ultrahangot a kémiában használják. Az ultrahang nem lép közvetlen kölcsönhatásba a molekulákkal a kémiai változás előidézéséhez, mivel jellemző hullámhossza (a milliméteres tartományban) túl hosszú a molekulákhoz képest. Ehelyett az energia kavitációt okoz, amely szélsőséges hőmérsékletet és nyomást hoz létre a folyadékban, ahol a reakció lezajlik. Az ultrahang a szilárd anyagokat is felbontja, és eltávolítja az inert anyag passziváló rétegeit, hogy nagyobb felületet biztosítson a reakció lejátszódásához. Mindkét hatás felgyorsítja a reakciót. Atul Kumar 2008-ban Hantzsch-észterek és polihidrokinolin-származékok szintéziséről számolt be többkomponensű reakcióprotokollon keresztül vizes micellákban ultrahang segítségével.
Az ultrahangot extrakcióban használják, különböző frekvenciákat alkalmazva.
Fegyverek
Az ultrahangot hangfegyverek alapjaként tanulmányozták, például zavargások megfékezésére, támadók dezorientálására, akár halálos hangerővel.
Vezeték nélküli kommunikáció
A The Economist 2015 júliusában arról számolt be, hogy a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem kutatói grafén membránok segítségével ultrahangos vizsgálatokat végeztek. A grafén vékonysága és kis súlya, valamint szilárdsága miatt hatékony anyag az ultrahangos kommunikációban való felhasználásra. A technológia egyik javasolt alkalmazási területe a víz alatti kommunikáció lenne, ahol a rádióhullámok jellemzően nem terjednek jól.
Az ultrahangos jeleket “hangjelzőkben” használták az internetfelhasználók eszközközi nyomon követésére.