Visualisering af mekaniske bølger i et flydende medium

Effekten af ​​ultralyd på væskefasen er blevet visualiseret ved hjælp af dynamisk elektronmikroskopi. Anvendelsen af ​​effekten af ​​stående mekaniske bølger, der opstår i væskefasen under påvirkning af en ekstern ultralydskilde, gør det muligt at kontrollere strukturen af ​​flydende reaktionsmedier på mikroniveau og påvirke resultatet af kemiske transformationer.

I øjeblikket, ultralyd er meget udbredt i medicin, industri og en række højteknologiske projekter. Egenskaberne ved interaktionen af ​​ultralyd med forskellige stoffer studeres intensivt med det formål at udvikle nye metoder inden for biologi, medicin, kemi og materialevidenskab. Højintensiv ultralyd har etableret sig som et værktøj til at udføre kemiske transformationer under ekstreme forhold på grund af dets evne til at generere store mængder energi i væskefasen via akustisk kavitation. På samme tid, stående mekaniske bølger i væsker har fundet mange anvendelser inden for olie- og fødevareforarbejdningsteknologier.

Den strukturelle undersøgelse udført ved væskefase-elektronmikroskopi ved hjælp af en specialudviklet ultralydsmikroreaktor (se figur 1) viste klart, at mikrostrukturerede opløsninger baseret på vand og ioniske væsker (organiske salte, der findes i væskefasen ved stuetemperatur) interagerer med højfrekvente lydbølger, hvilket fører til en omlægning af strukturen af ​​løsninger, ledsaget af en ændring i deres fysisk-kemiske egenskaber.

Kombinationen af ​​effekten af ​​stående mekaniske bølger genereret af ultralyd og de unikke strukturelle og fysisk-kemiske egenskaber af de ioniske væske (IL)/vandsystemer gjorde det muligt at udføre en kontrolleret syntese af efterspurgte guld- og palladiumnanopartikler (se figur 2).

Bestråling med ultraviolet lys af en reaktionsblanding indeholdende et vandopløseligt metalsalt, vand og en ionisk væske gjorde det muligt at opnå de ønskede metalpartikler uden brug af yderligere reagenser. På samme tid, at udføre reaktionen under betingelserne for generering af kontinuerlige mekaniske bølger førte til et signifikant fald i partikelstørrelsen på grund af en ændring i reaktionsmåden og lokalisering af reagenser i mikrorum, hvilket blev påvist ved elektronmikroskopi (se figur 2).

Studiet af mekanismen bag det opdagede fænomen ved hjælp af væskefase elektronmikroskopi, samt infrarød spektroskopi og nuklear magnetisk resonansspektroskopi gjorde det muligt at antage, at virkningen af ​​mekaniske bølger består i overførsel af vand mellem forskellige faser, såvel som i dens delvise fordampning med dannelsen af ​​en ny stabil tilstand, som eksisterer på grund af kontinuerlig strøm af mekanisk energi.

I øjeblikket, flydende medier baseret på vand og ioniske væsker er meget udbredt inden for forskellige områder, der ikke kun er begrænset til nanomaterialers kemi, men omfatter også organisk syntese, forarbejdning af vedvarende naturressourcer, skabelsen af ​​enheder til generering og lagring af energi, og andre. Fra dette synspunkt, det opdagede fænomen kan i den nærmeste fremtid finde endnu flere anvendelser på forskellige områder.