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660 2018 年 9 月

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图 6 环阵换能器产生的涡旋声场操控微粒 [20−21]
Fig. 6 Microparticle mixture base on acoustic source arrays [20−21]

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图 7 大规模面阵换能器产生的可控声场实现对微粒的任意操控 [35−36]
Fig. 7 Manipulation of microparticles based on ultrasonic phased array [35−36]
2016年，Hong等 [21] 利用64阵元环形换能器实 了基础支持。然而，由于每一个换能器的电路均需
现了在微腔道内产生可控 Bessel 声束，并实验实现 要独立控制，使得该面阵换能器的制作成本昂贵；此
了Bessel涡旋声场中的轨道角动量传递至微粒和对 外，在特定的应用场景，声场形态几乎是固定的，并
流体中微粒混合搅拌的精确操控 (如图 6 所示)。随 不需要独立调控每一个换能器单元的激励电路。因
后，Marzo 等 [20] 在空气中利用 192阵元换能器实现 此，低成本设计一些面向特定应用的声场形态，也是
了与尺寸与波长相当微粒的捕获。 声操控技术推向应用的研究方向。
此外，如图 7 所示，Marzo 等 [35] 利用大规模面 基于结构的共振、干涉、散射等形成的声场形
阵换能器在空气中实现了任意声场形态控制，获得 态也可以用于声操控。如图 8 所示，Li 等 [37] 利用声
了对微粒的多功能操控，如平移、旋转、捕获等动作。 子晶体板共振的局域声场实现了对微粒的捕获、排
进一步，Marzo 等 [36] 将该系统小型化，将此前固定 列、移动与筛选；Memoli等 [38] 利用超材料调控相位
位置的换能器附着到可移动的人手上，通过手动或 获得空间聚焦声场并实现了对空气中微粒的悬浮；
者计算机辅助操纵图案，可以实现对空中任意微粒 Wang 等 [39] 在铜板上刻蚀阿基米德螺旋结构在远
的捕捉、移动、传递和组合微粒，大大扩展了声操控
场实现了 Bessel 涡旋声场，基于该声场诱导微粒涡
的应用场景。
旋运动；Melde 等 [40] 采用全息板结构，在相平面上
3.3 基于结构声场的微粒操控 实现了任意声场形态，为验证该声场可以用于操控
阵列换能器可以产生任意声场，极大地丰富了 微粒，文章展示了微粒在相平面的平移运动和旋转
声操控的形式，也为各类场景应用声操控技术提供 运动。