超声波对溶液性质的影响

　　1 引言

　　超声波是指频率高于2×10⁴Hz的声波，一般将超声作用效应归纳为机械效应，热学效应和空化效应三种，其中空化效应是声化学反应的主动力[1-2]。当超声波在溶液体系中传播时，能有效的改善和强化一些溶液的物理化学性质及过程，如溶液表面张力、粘度、电导率等等，溶液的这些物化性质对其在生产实际中的用途及用法起着决定性的作用。目前超声波技术已广泛应用于化工、冶金、医疗等领域[3-5]，在应用过程中必然要涉及到超声波对其介质———溶液性质的影响。本文探讨了超声波作用下电解质溶液、小分子溶液和大分子溶液的表面张力、电导率、粘度的变化规律，为进一步研究超声波强化化工、冶金等过程提供基础数据。

　　2 超声波应用基础

　　超声波的应用就物理机制和应用目的来说，大致分为检测超声和功率超声两大类[6-7]。

　　检测超声主要是利用超声波信息载体作用，通过超声波在某种媒质中传播、散射、吸收以及波形转换等，提取媒质本身特性或内部结构的信息，达到检测媒质性质，物体形状或几何尺寸，内部缺陷或结构的目的。

　　功率超声是利用超声的能量及对物质的作用，即利用超声波的振动产生的大功率、高强度超声波来改变物质的性质与状态。功率超声的应用真正体现了超声波对物质的各种影响，与其他传播媒质相互作用机制相同，功率超声于溶液的相互作用可以归结为热机制与非热机制两种，其中非热机制又可分为机械机制与空化机制，因此溶液的超声效应可分为热学效应、机械效应及空化效应。

　　热学效应是超声波在溶液中传播时，其振动能量不断地被溶液吸收转变为热能而使溶液的温度升高所产生的超声效应。

　　机械效应是由于超声波传播过程中质点位移、振动速度、加速度及声压等快速变化的机械运动所引起的溶液超声效应。

　　空化效应是指液体中的微小泡核在超声波作用下被激活，它表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程，附着在固体杂质、微尘或容器表面上及细缝中的微气泡或气泡，或因溶液结构不均匀造成液体内抗张强度减弱的微弱区域中析出的溶解气体都可以构成这种微小泡核。超声空化机制是溶液超声效应的主动力，液体声空化的过程是聚集声场能量并迅速释放的过程。当空化泡聚集了足够的声能达到崩溃时，在极短时间内，在空化泡周围的极小空间里，产生5000K以上的高温和大约500atm(5x10⁷pa)的高压，温度变化率高达10⁹K/s，空化泡崩溃后在溶液内还会产生强烈的冲击波(对均相介质)或时速达400km 的射流(对非均相介质)。这就为在一般条件下难以实现或不可能实现的化学反应，提供了一种新的非常特殊的物理环境，开启了新的化学反应通道。空化泡绝热崩溃时产生的高温高压、冲击波和微射流对溶液介质产生一定的效应，从而使溶液状态、组分、功能或结构等发生改变。