单轴声悬浮悬起密度达18.9g/cm3 的金属钨球

　　提高材料的纯净度，尽一切可能避免杂质的混入，是制备高质量材料的重要条件之一，是材料科学家追求的目标。为了获得高质量材料，首先必须避免材料与容器壁之间的反应。在地面上存在重力的影响，必须通过各种悬浮的方法才能避免两者之间的反应。利用电磁力只能将各种金属悬浮在空中，而用声波就能把包括金属在内的所有物质悬浮起来。

　　八年来，西北工业大学应用物理系魏炳波教授及其合作者们在国家自然科学基金和其他部门的支持下，建立了空间材料地面模拟实验室，并形成了一支以青年人为主的研究队伍。他们在单轴声悬浮方面取得了以下主要成果：⑴．成功研制了单轴声悬浮装置。其结构简单、应用简便，大幅度地提高了单轴声悬浮装置的悬浮力和悬浮稳定性，从而悬浮起高密度（18.9g /cm3 ）的金属钨球。该装置已获国家发明专利2项；⑵．建立了理论模型，分析与实验结果非常一致。计算发现当发射端与反射端距离为大约2个波长时，将出现4个声场势阱，中间两个为对称轴上的两个点，而靠近发射端和反射端的势阱呈环形，很好地解释了实验现象；⑶．提供了一种模拟微重力状态的实验方法，在提高声悬浮稳定性和过程可预见性的同时，有效地增大了悬浮力。这种模拟微重力状态的实验方法用于研究和制备新材料，其成本将比空间实验低得多。因而，对单轴声悬浮研究的进展具有重要意义。

　　该实验室自行设计和研制了多台空间材料地面模拟设备，曾获得1997年度国家科技发明奖二等奖一项，省部级科技进步奖多项。Lewis Research Center的Henry C. de Groh 在1999年1月美国航空航天局（NASA）的技术备忘录上，对魏炳波教授在深过冷、快速凝固等方面的研究成果进行了专题评述，称赞魏炳波等"为这一领域的国际领先水平做出了贡献"。 在国际上首先利用超声波将金属钨球悬浮在空中（国外目前仅能悬浮起密度为11.34g/cm3的铅球），这一研究成果发表在《Applied Physics Letters》（2001年8月6日）上。《Nature》（10月4日）对此进行评述："超声波能够悬浮起像钨那样重的物体。这种无容器的、将物体悬在空中的方法可应用于研究和制备新材料。