I tillämpningar av ultraljud med hög effekt används ofta frekvenser mellan 20 kHz och några hundra kHz. Intensiteten kan vara mycket hög; över 10 watt per kvadratcentimeter kan kavitation induceras i flytande medier, och i vissa tillämpningar används upp till 1000 watt per kvadratcentimeter. Sådana höga intensiteter kan inducera kemiska förändringar eller ge betydande effekter genom direkt mekanisk verkan och kan inaktivera skadliga mikroorganismer.
Fysikalisk terapi
Ultraljud har använts sedan 1940-talet av fysioterapeuter och arbetsterapeuter för att behandla bindväv: ligament, senor och fascia (och även ärrvävnad). Tillstånd för vilka ultraljud kan användas för behandling innefattar följande exempel: ligamentförsträckningar, muskelförsträckningar, seninflammation, ledinflammation, plantar fasciit, metatarsalgi, facettirritation, impingement syndrom, bursit, reumatoid artrit, artros och ärrvävnadsadhesion.
Biomedicinska tillämpningar
Ultraljud har också terapeutiska tillämpningar som kan vara mycket fördelaktiga när de används med doseringsförsiktighet. Ultraljud med relativt hög effekt kan bryta upp steniga avlagringar eller vävnad, påskynda effekten av läkemedel i ett målinriktat område, hjälpa till att mäta vävnadens elastiska egenskaper och kan användas för att sortera celler eller små partiklar för forskning.
Ultrasonic impact treatment
Ultrasonic impact treatment (UIT) använder ultraljud för att förbättra de mekaniska och fysiska egenskaperna hos metaller. Det är en metallurgisk behandlingsteknik där ultraljudsenergi appliceras på ett metallföremål. Ultraljudsbehandling kan resultera i kontrollerad kvarvarande tryckspänning, kornförfining och minskning av kornstorleken. Utmattning vid låga och höga cykler förbättras och har dokumenterats ge upp till tio gånger större ökningar än provkroppar som inte är föremål för ultraljud. Dessutom har UIT visat sig vara effektivt när det gäller spänningskorrosionssprickor, korrosionsutmattning och relaterade problem.
När UIT-verktyget, som består av ultraljudsgivare, stift och andra komponenter, kommer i kontakt med arbetsstycket kopplas det akustiskt ihop med arbetsstycket, vilket skapar harmonisk resonans. Denna harmoniska resonans utförs vid en noggrant kalibrerad frekvens, som metaller reagerar mycket gynnsamt på.
Avhängigt av de önskade effekterna av behandlingen tillämpas en kombination av olika frekvenser och förskjutningsamplituder. Dessa frekvenser ligger mellan 25 och 55 kHz, med en förskjutningsamplitud för resonanskroppen på mellan 22 och 50 µm (0,00087 och 0,0020 tum).
Utrustningar förlitar sig på magnetostriktiva transducers.
Bearbetning
Ultrasonikation erbjuder stor potential i bearbetningen av vätskor och slam genom att förbättra blandningen och de kemiska reaktionerna i olika tillämpningar och branscher. Ultraljud genererar omväxlande lågtrycks- och högtrycksvågor i vätskor, vilket leder till att små vakuumbubblor bildas och våldsamt kollapsar. Detta fenomen kallas kavitation och orsakar höghastighetsvätskestrålar och starka hydrodynamiska skjuvkrafter. Dessa effekter används för att avlägsna agglomerering och malning av mikrometer- och nanometerstora material samt för sönderdelning av celler eller blandning av reaktanter. I detta avseende är ultraljud ett alternativ till höghastighetsblandare och omrörande pärlkvarnar. Ultraljudsfolier under den rörliga tråden i en pappersmaskin använder chockvågorna från de imploderande bubblorna för att fördela cellulosafibrerna mer jämnt i den producerade pappersbanan, vilket ger ett starkare papper med jämnare ytor. Dessutom gynnas kemiska reaktioner av de fria radikaler som skapas av kavitationen samt av energitillförseln och materialöverföringen genom gränsskikten. För många processer leder denna sonokemiska (se sonokemi) effekt till en betydande minskning av reaktionstiden, t.ex. vid omestring av olja till biodiesel.
En betydande ultraljudsintensitet och höga ultraljudsvibrationsamplituder krävs för många bearbetningstillämpningar, t.ex. nanokristallisering, nanoemulsifiering, deagglomerering, extraktion, cellförstöring, samt många andra. Vanligtvis testas en process först i laboratorieskala för att bevisa genomförbarheten och fastställa några av de parametrar för ultraljudsexponering som krävs. När denna fas är avslutad överförs processen till en pilotskala (bänkskala) för optimering av flödet före produktion och sedan till en industriell skala för kontinuerlig produktion. Under dessa uppskalningssteg är det viktigt att se till att alla lokala exponeringsförhållanden (ultraljudsamplitud, kavitationsintensitet, tid som tillbringas i den aktiva kavitationszonen etc.) förblir desamma. Om detta villkor uppfylls förblir slutproduktens kvalitet på den optimerade nivån, medan produktiviteten ökar med en förutsägbar ”uppskalningsfaktor”. Produktivitetsökningen beror på att laboratorie-, bänk- och industriskaliga ultraljudsprocessorsystem innehåller allt större ultraljudshorn som kan generera allt större kavitationszoner med hög intensitet och därmed bearbeta mer material per tidsenhet. Detta kallas ”direkt skalbarhet”. Det är viktigt att påpeka att en ökning av ultraljudsprocessorns effekt i sig själv inte leder till direkt skalbarhet, eftersom den kan åtföljas (och ofta åtföljs) av en minskning av ultraljudsamplituden och kavitationsintensiteten. Vid direkt uppskalning måste alla bearbetningsvillkor bibehållas, samtidigt som utrustningens effektnivå ökas för att möjliggöra drift av ett större ultraljudshorn.
Ultraljudsmanipulering och karakterisering av partiklar
En forskare vid Industrial Materials Research Institute, Alessandro Malutta, utarbetade ett experiment som visade att stående ultraljudsvågor fångar in trämassafibrer som spätts ut i vatten och att de parallellt orienterar sig i de ekvidistanserade tryckplanerna. Tiden för att orientera fibrerna i de ekvidistanserade planen mäts med en laser och en elektrooptisk sensor. Detta skulle kunna ge pappersindustrin ett snabbt on-line system för mätning av fiberstorlek. Ett något annorlunda genomförande demonstrerades vid Pennsylvania State University med hjälp av ett mikrochip som genererade ett par vinkelräta stående akustiska ytvågor som gjorde det möjligt att placera partiklar på samma avstånd från varandra på ett rutnät. Detta experiment, som kallas akustisk pincett, kan användas för tillämpningar inom materialvetenskap, biologi, fysik, kemi och nanoteknik.
Ultrasonisk rengöring
Ultraljudsrengörare, som ibland felaktigt kallas för överljudsrengörare, används vid frekvenser från 20 till 40 kHz för smycken, linser och andra optiska delar, klockor, dentala instrument, kirurgiska instrument, dykregulatorer och industridetaljer. En ultraljudsrengörare fungerar främst genom den energi som frigörs när miljontals mikroskopiska kavitationer kollapsar nära den smutsiga ytan. De bubblor som skapas av kavitationen kollapsar och bildar små strålar som riktas mot ytan.
Ultrasonisk sönderdelning
I likhet med ultraljudsrengöring kan biologiska celler, inklusive bakterier, sönderdelas. Högeffektivt ultraljud producerar kavitation som underlättar partikelupplösning eller reaktioner. Detta används inom biologisk vetenskap för analytiska eller kemiska ändamål (sonikation och sonoporation) och för att döda bakterier i avloppsvatten. Högeffektivt ultraljud kan sönderdela majsslurry och förbättra förvätskning och försockring för högre etanolavkastning i anläggningar för torrmajsbearbetning.
Ultrasonisk luftfuktare
Ultrasonisk luftfuktare, en typ av nebulisator (en anordning som skapar en mycket fin spray), är en populär typ av luftfuktare. Den fungerar genom att en metallplatta vibrerar med ultraljudsfrekvenser för att nebulisera (ibland felaktigt kallat ”atomisera”) vattnet. Eftersom vattnet inte värms upp för att avdunsta producerar den en kall dimma. De ultraljudliga tryckvågorna nebuliserar inte bara vattnet utan även material i vattnet, t.ex. kalcium, andra mineraler, virus, svampar, bakterier och andra föroreningar. Sjukdomar som orsakas av föroreningar som finns i en luftfuktares behållare faller under rubriken ”Luftfuktarfeber”.
Ultrasoniska luftfuktare används ofta inom aeroponik, där de i allmänhet kallas för mistgers.
Ultrasonsvetsning
Vid ultraljudssvetsning av plast används högfrekventa (15 kHz till 40 kHz) vibrationer med låg amplitud för att skapa värme genom friktion mellan de material som ska sammanfogas. Gränssnittet mellan de två delarna är speciellt utformat för att koncentrera energin för maximal svetsstyrka.
Sonokemi
Ett kraftfullt ultraljud i intervallet 20-100 kHz används inom kemin. Ultraljudet interagerar inte direkt med molekyler för att inducera den kemiska förändringen, eftersom dess typiska våglängd (i millimeterområdet) är för lång jämfört med molekylerna. I stället orsakar energin kavitation som genererar extrema temperaturer och tryck i vätskan där reaktionen sker. Ultraljud bryter också upp fasta ämnen och avlägsnar passiverande lager av inert material för att ge en större yta där reaktionen kan ske. Båda dessa effekter gör att reaktionen går snabbare. År 2008 rapporterade Atul Kumar om syntesen av Hantzsch-estrar och polyhydrokinolinderivat via ett flerkomponentreaktionsprotokoll i vattenmiceller med hjälp av ultraljud.
Ultraljud används vid extraktion, med hjälp av olika frekvenser.
Vapen
Ultraljud har studerats som grund för ljudvapen, för tillämpningar som upploppskontroll, desorientering av angripare, upp till dödliga ljudnivåer.
Trådlös kommunikation
I juli 2015 rapporterade The Economist att forskare vid University of California, Berkeley har genomfört ultraljudsstudier med hjälp av grafenmembran. Grafens tunnhet och låga vikt i kombination med dess styrka gör det till ett effektivt material att använda i ultraljudskommunikation. En föreslagen tillämpning av tekniken skulle vara undervattenskommunikation, där radiovågor vanligtvis inte färdas bra.
Ultraljudssignaler har använts i ”ljudfyrar” för att spåra Internetanvändare mellan olika enheter.