Российские учёные смогли «увидеть» ультразвук
Сотрудники Института органической химии имени Зелинского РАН недавно провели любопытное исследование. Оно позволило практически в буквальном смысле «увидеть» ультразвук. В этой работе исследователи использовали эффект стоячих механических волн, которые появляются в жидком реакционном веществе под воздействием ультразвука из внешнего источника. Такой метод позволяет регулировать структуру этой смеси на микроуровне и оказывать влияние на проходящие в ней химические реакции.
Ультразвук в наше время является довольно мощным инструментом, который используется в медицине, промышленности, научных разработках и в иных сферах. При этом его воздействие на вещества продолжает изучаться. Ультразвук применяется для проведения химических реакций в экстремально сложных условиях. Он способен создавать в жидкости огромное количество энергии. Стоячие волны, образующиеся в жидкой среде под воздействием ультразвука, нашли своё практическое применение в нефтепереработке и пищевой промышленности.
Упомянутые научные работники воспользовались методом жидкостной электронной микроскопии. Они исследовали структуру жидкостей на основе воды и ионных систем и пронаблюдали, как на них воздействует звук сверхвысокой частоты. Оказалось, что под воздействием ультразвука растворы меняют свою внутреннюю структуру, благодаря чему изменяются и их химические и физические свойства. Работа проводилась с применением специально разработанного генератора ультразвуковых волн.
С помощью этого эффекта учёные смогли провести синтез широко применяемых сегодня наночастиц палладия и золота. Так что практически сразу стала понятна практическая польза обнаруженного эффекта. На реакционную смесь направляли ультрафиолетовые лучи; смесь состояла из воды, ионной жидкости и соли металла. Облучение позволило обойтись без дополнительных реагентов и получить желаемые микрочастицы металлов. Дополнительно в реакторе включался ультразвук, что изменяло режим протекания реакции и позволяло реагентам локализоваться в микрокаплях. Весь этот процесс можно было наблюдать на экране электронного микроскопа. Так что, можно сказать, исследователи смогли «увидеть» ультразвук.
Исследователи выдвинули теорию, что эффект стоячих волн объясняется переносом воды между различными фазами, а также частичным её испарением, что приводит к появлению её нового устойчивого состояния, которое становится возможным благодаря притоку механической энергии.
Такие растворы, состоящие из воды и ионных систем, в современном мире используются в достаточно большом количестве областей. Это не только исследование нано-материалов и производство их новых разновидностей, но и переработка вторсырья, органический синтез, создание устройств для получения и хранения энергии и т. д. Поэтому ожидается, что обнаруженное учёными новое явление найдёт массу применений не только в промышленной и лабораторной практике (например, для стерилизаторов), но даже в бытовой.
Стоит напомнить, что ультразвук – это колебания среды (воздуха, жидкости и др.) с более высокими частотами, чем те, которые способно воспринимать человеческое ухо. Ультразвук слышат некоторые животные – например, собаки, летучие мыши и др. Животные не только слышат эти звуки, но могут использовать их для коммуникации и ориентации в пространстве. А поскольку любой звук – это колебания среды, то он может воздействовать и на саму среду.
