הפעלת מולקולות, יונים, וחלקיקים מוצקים עם אקוסטית Cavitation

השימוש באולטרסאונד הכוח באזורי תעשייה ובמחקר רבים, כגון ניקוי של משטחים מוצקים, degassing של נוזלים, מדעי חומר, תיקון סביבתי, ורפואה, קיבל הרבה תשומת לב בעשור האחרון ^1. הטיפול קולי מגדיל את ההמרה, משפר את התשואה, ויוזם את התגובות בפתרונות הומוגניים, כמו גם במערכות הטרוגניות. הדעה מקובלת היא שהתופעות הפיסיקליות וכימיות של תנודות קולי בנוזלים נובעות מcavitation אקוסטי או, במילים אחרות, לקריסה של הקריסה של microbubbles בנוזלים מוקרנים עם הכוח אולטרסאונד ^2. קריסה אלימה של בועת cavitation יוצרת תנאים חולפים קיצוניים בגז בשלב של הבועה, אשר אחראים להיווצרותם של מינים וsonoluminescence פעילים כימי. עם זאת, ויכוח עדיין נמשך על מקורם של תנאים קיצוניים כאלה. Analysi ספקטרוסקופיותים של sonoluminescence עוזר להבין טוב יותר את התהליכים המתרחשים בעת קריסת הבועה. במים, רווי בגזים אצילים, ספקטרה sonoluminescence מורכבת מOH ⁽² Σ ^{+-X 2} Π _i), OH להקות (C ^{2 + S-2 +} S) ורצף רחב החל UV לחלק ניר של ספקטרום הפליטה ^3. ניתוח ספקטרוסקופיות של OH ⁽² Σ ^{+-X 2} Π _i) להקות פליטת היווצרות גילתה של הפלזמה nonequilibrium במהלך sonolysis מים ^{4, 5.} בתדר קולי נמוך, פלזמה בחולשה נרגשת עם הפצת רטט Brau נוצר. לעומת זאת, באולטרסאונד בתדירות גבוהה, הפלזמה בתוך קריסת בועות מוצגי התנהגות אופיינית לעירור רטט חזק טרינור. טמפרטורות vibronic (T _{v, e} T) עם עלייה בתדירות קולי המעידות יותר תנאי intrabubble דרסטית בגבוהאולטרסאונד בתדירות.

באופן עקרוני, כל בועת cavitation יכולה להיחשב כmicroreactor כימי פלזמה מתן תהליכים אנרגטיים מאוד כמעט בטמפרטורת חדר של הפתרון בתפזורת. הפוטונים והחלקיקים "החמים" המיוצרים בתוך הבועה לאפשר לרגש מינים בלתי נדיף בפתרונות ובכך להגדיל התגובה הכימית שלהם. למשל, המנגנון של sonoluminescence ultrabright של יוני uranyl בפתרונות חומצי מושפע מריכוז אורניום: קליטת פוטונים / מחדש פליטה בפתרונות בדילול מלא, ועירור באמצעות התנגשויות עם חלקיקים "חמים" תורמים בריכוז uranyl גבוה ^6. לתרכובות כימיות המיוצרת על ידי בועות cavitation יכולה לשמש לסינתזה של חלקיקים מתכתיים ללא כל תבניות או סוכני מכסת. במים טהורים sparged עם ארגון, הפחתת sonochemical של Pt (IV) מתרחשת על ידי מימן הוציא מפיצול מולקולות מים sonochemical מניב nanopartic monodispersedles של פלטינה מתכתית ^7. הפחתת sonochemical מואצת סעפת בנוכחות חומצה פורמית או Ar / תערובת גז CO.

מחקרים קודמים רבים הראו את היתרונות של אולטרסאונד כדי להפעיל את פני השטח של מוצקים מחולקים בשל ההשפעות מכאניות, בנוסף להפעלה כימית ^8,9. חלקיקים מוצקים קטנים שהם הרבה פחות מאשר גודל בועות cavitation לא להפריע את הסימטריה של קריסה. עם זאת, כאשר אירוע cavitation מתרחש ליד אגרגטים גדולים או בקרבת פני השטח מורחב הבועה מתפוצצת סימטרית, ויצרה microjet קולי מוביל את ריסוק האשכול ולשחיקת המשטח המוצק. טיפול אולטרסאונד של פלוטוניום דו חמצני במים טהורים sparged עם ארגון גורם להיווצרות של nanocolloids היציב של פלוטוניום (IV) בשל תופעות הפיסיקליות וכימיות שני ^10.