Sonokjemi

Sonokjemi (sonochemistry) er studiet av kjemiske prosesser som oppstår eller påvirkes av ultralyd i kjemiske systemer. Feltet fokuserer på hvordan høyeffektsususler kan akselerere, endre eller muliggjøre reaksjoner og fysiokjemiske fenomener, vanligvis i væsker. Ultralydbølger som brukes ligger typisk i området 20 kHz til flere MHz. Hovedmekanismen er akustisk kavitasjon – dannelse, vekst og plutselig sammenbrudd av mikrobobler i væsker når de utsettes for et lydfelt. Kavitasjonen skaper midlertidige hotspots med høye temperaturer og trykk, og genererer radikalike arter som hydrogen- og hydroksylradikaler, som kan drive reaksjoner ved relativt lave bulkrett temperaturer.

Teknikker innebærer bruk av ultralydsbade eller ultralydshorn (sonotroder) koblet til kraftige forsterkere. Utfallene av kavitasjon avhenger av frekvens, intensitet og løsningsmiddel, og påvirker reaksjonsveier og blanding.

Anvendelser omfatter syntese av nanopartikler (for eksempel metall- og metalloksidpartikler), polykondensasjoner, katalyse og nedbrytning av organiske forurensninger, grønn ekstraksjon av plantestoffer, emulgering og dispergering, samt materialbearbeiding. Fordeler inkluderer økte reaksjonshastigheter, mulighet for lavere temperaturer og reduserte mengder av kjemikalier, samt åpning av nye reaksjonsveier. Begrensninger inkluderer utfordringer ved skalert produksjon på grunn av ujevn kavitasjon i større reaksjonsvolumer, energiforbruk og reproduksibilitetsproblemer. Forskning utforsker også kombinasjon med andre drivere, som mikrobølge- eller fotokjemi.

Historisk har sonokjemi utviklet seg fra midten av 1900-tallet og har siden fått bred anvendelse i laboratorie- og industriprosesser gjennom avansert ultralydutstyr og bedre forståelse av kavitasjonsdynamikk.