L'effetto degli ultrasuoni sulla fase liquida è stato visualizzato mediante microscopia elettronica dinamica. L'uso dell'effetto delle onde meccaniche stazionarie che si verificano nella fase liquida sotto l'azione di una sorgente di ultrasuoni esterna consente di controllare la struttura dei mezzi di reazione liquidi a livello micro e influenzare il risultato delle trasformazioni chimiche.

Attualmente, gli ultrasuoni sono ampiamente utilizzati in medicina, l'industria e una serie di progetti ad alta tecnologia. Le caratteristiche dell'interazione degli ultrasuoni con varie sostanze vengono studiate intensamente con l'obiettivo di sviluppare nuovi metodi in biologia, medicinale, chimica e scienza dei materiali. Gli ultrasuoni ad alta intensità si sono affermati come strumento per effettuare trasformazioni chimiche in condizioni estreme grazie alla loro capacità di generare grandi quantità di energia in fase liquida tramite cavitazione acustica. Allo stesso tempo, le onde meccaniche stazionarie nei liquidi hanno trovato molte applicazioni nelle tecnologie di lavorazione del petrolio e degli alimenti.

Lo studio strutturale effettuato mediante microscopia elettronica in fase liquida utilizzando un microreattore ad ultrasuoni appositamente sviluppato (vedi Figura 1) ha chiaramente dimostrato che soluzioni microstrutturate a base di acqua e liquidi ionici (sali organici esistenti nella fase liquida a temperatura ambiente) interagiscono con l'alta frequenza onde sonore, che porta a un riordino della struttura delle soluzioni, accompagnato da un cambiamento nelle loro proprietà fisico-chimiche.

La combinazione dell'effetto delle onde meccaniche stazionarie generate dagli ultrasuoni e le proprietà strutturali e fisico-chimiche uniche dei sistemi liquido ionico (IL)/acqua ha permesso di effettuare una sintesi controllata delle nanoparticelle di oro e palladio richieste (vedi Figura 2).

Irradiazione con luce ultravioletta di una miscela di reazione contenente un sale metallico idrosolubile, l'acqua e un liquido ionico hanno permesso di ottenere le particelle metalliche desiderate senza l'uso di reagenti aggiuntivi. Allo stesso tempo, l'esecuzione della reazione nelle condizioni di generazione di onde meccaniche continue ha portato a una significativa diminuzione della dimensione delle particelle a causa di un cambiamento nella modalità di reazione e localizzazione dei reagenti nei microcompartimenti, che è stato dimostrato dalla microscopia elettronica (vedi Figura 2).

Lo studio del meccanismo del fenomeno scoperto mediante microscopia elettronica in fase liquida, così come la spettroscopia infrarossa e la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare hanno permesso di ipotizzare che l'azione delle onde meccaniche consista nel trasferimento di acqua tra diverse fasi, così come nella sua parziale evaporazione con la formazione di un nuovo stato stabile, che esiste a causa del flusso continuo di energia meccanica.

Attualmente, i mezzi liquidi a base di acqua e liquidi ionici trovano largo impiego in svariati campi che non si limitano solo alla chimica dei nanomateriali, ma includono anche la sintesi organica, il trattamento delle risorse naturali rinnovabili, la realizzazione di dispositivi per la generazione e lo stoccaggio di energia, e altri. Da questo punto di vista, il fenomeno scoperto potrebbe trovare in un prossimo futuro ancora più applicazioni in vari ambiti.