Звук с температурой в тысячи градусов

Игорь Иванов

• Свечение, порожденное звуком
• Эксперимент и еще раз эксперимент!
• Лаборатория экстра-класса для химика и материаловеда
• Сонолюминесценция в медицине: диагностический прибор и скальпель
• «Нам не дано предугадать...»

Лаборатория экстра-класса для химика и материаловеда

Кеннет Саслик, работающий в Иллинойсском университете в Урбане, не только исследует те экстремальные условия, которые на долю мгновения возникают внутри кавитационного пузырька, но и использует их для создания материалов с необычными свойствами (фото с сайта www.scs.uiuc.edu)

Еще до окончательного прояснения природы сонолюминесценции ученые научились использовать ее для проведения химических реакций в экстремальных условиях схлопывающегося пузырька: так возникла сонохимия. В принципе, ультразвук может порождать химические реакции и непосредственно без свечения, однако в ряде случаев сонолюминесцентный свет играет ключевую роль.

Одно из таких направлений — изучение экзотических химических реакций, идущих лишь при высоких температурах. Действительно, вместо того чтобы конструировать специальную печь с высокими температурами и не менее высокими требованиями к ее безопасности, достаточно лишь растворить реагенты в воде и ... включить звук. Кавитация всё сделает сама: сконцентрирует энергию звука в микроскопическом объеме, нагреет его до необходимой температуры и проведет химическую реакцию в течение заданного времени. Ученому потребуется лишь вооружиться спектрометром и извлечь из сонолюминесцентного свечения всю необходимую ему информацию. Сонолюминесценция одновременно выступает в роли катализатора реакции, которая не идет сама по себе, и измеряющего ее прибора.

Сонолюминесценция выглядит очень перспективным инструментом и для материаловедения. Например, уникальные возможности предоставляет тот факт, что пузырек нагревает и охлаждает «рабочий объем» со скоростью порядка 10 миллиардов градусов в секунду — результат, непревзойденный никакими иными методиками, доступными экспериментатору. Столь быстрое охлаждение помогает, в частности, «обогнать» процесс кристаллизации и превратить вещества, которые обычно имеют кристаллическую решетку, в аморфные. В 1990-е годы группой Саслика были впервые получены аморфные стеклоподобные микрокластеры железа с необычными магнитными свойствами и высокой каталитической способностью. Сонолюминесценция в этом случае работала как микроскопическая доменная печь с моментальным охлаждением, которая создавала аморфные кластеры и тут же спаивала их в высокопористую структуру.