超音波化学治療とは何ですか？どのような機能がありますか？

超音波化学効果の本質はキャビテーションであり、これにはガス核の出現、マイクロバブルの成長、マイクロバブルの破裂という3つのステップが含まれます。超音波の作用により、流体は急速な運動を起こします。音圧の変化により、溶媒は圧縮され、まばらに影響を受けます。超音波のまばらな位相領域では、ガスキャビティが膨張して成長し、周囲の液体蒸気またはガスを満たします。圧縮された位相領域では、エアポケットが急速に崩壊して破裂し、多数のマイクロバブルが生成され、それが新しいガス核として機能します。
超音波が化学反応に影響を与える主な理由は、これらのマイクロバブルが成長して突然破裂するときに強い衝撃波を発生させる可能性があるためです。マイクロバブルが破裂すると、局所空間に最大メガバールの圧力が発生し、中心温度は104-106Kになると推定されています。超音波場の効果の説明はまだ分子レベルに達しておらず、分子集団の機械的メカニズムのレベルにとどまっています。
たとえば、固体表面でのキャビテーションと洗浄効果、混ざらない液体の乳化効果、微小空間での衝撃波によって引き起こされる高温と高圧がマイクロバブルの破裂時の質量とエネルギーの移動に与える影響などです。
超音波化学反応は、媒体に基づいて2つのカテゴリに分けられます：①水相における超音波化学。超音波の作用により、水はヒドロキシルラジカルと水素原子に分解され、一連の化学反応を引き起こします。
CH2Cl2、CHCl3、CCl4 などの有機ハロゲン化物は、水性媒体中で超音波作用を受け、水素結合を切断してフリーラジカルを生成します。タンパク質や酵素などの生体分子の超音波化学に関する研究では、超音波酸化還元反応が、非水性液相での超音波化学など、多くの単純な生成物につながる主なメカニズムであることが示されています。この分野の研究はまだ初期段階にあります。

超音波ソノケミストリーの役割:

超音波が液体媒体中を伝播すると、機械的、キャビテーション、熱的効果を通じて、力学、熱力学、光学、電子工学、化学などの一連の効果が発生します。特に、高出力超音波は強力なキャビテーションを発生させ、局所的に瞬間的な高温、高圧、真空、マイクロジェットの形成をもたらします。
超音波技術は、物理的な手段とツールとして、一般的に使用される化学反応媒体に一連のほぼ極端な条件を生成することができます。このエネルギーは、多くの化学反応を刺激または促進し、化学反応の速度を加速するだけでなく、特定の化学反応の方向を変えて、予期しない効果と奇跡を生み出すこともできます。上記の現象の発生は主に超音波の機械的効果とキャビテーション効果によるものであり、その結果、反応条件と環境が変化すると一般に考えられています。
機械的作用 - 化学反応システムに超音波を導入すると、超音波は物質に強力な強制運動を引き起こし、一方向の力を発生させて物質の移動と拡散を加速し、機械的撹拌に代わるものであり、物質を表面から剥離させ、インターフェースを更新することができます。
キャビテーション効果 - 場合によっては、超音波効果の発生はキャビテーションのメカニズムに関連しています。超音波キャビテーションとは、超音波の作用下で発生する一連の動的プロセスを指し、液体中に存在する小さな気泡（穴）の振動、膨張、収縮、さらには崩壊も含まれます。キャビテーションの時点で、液体の局所的な状態は大幅に変化し、極端な高温と高圧が発生します。一般的な条件下では達成が困難または不可能な化学反応に、新しい非常に特殊な物理的および化学的環境を提供します。
触媒化学反応--
① 高温高圧条件は、反応物質をフリーラジカルと二価炭素に分解し、より活性な反応種を形成するのに役立ちます。
②衝撃波やマイクロジェットは固体表面（触媒など）に対して脱着・洗浄効果があり、表面反応生成物や中間体、触媒表面の不動態層を除去することができます。
③ 衝撃波により反応物の構造が損傷する可能性がある。
④ 反応物質を分散させるシステム
⑤超音波キャビテーションにより金属表面が侵食され、金属格子の変形と内部歪領域の形成が起こり、金属の化学反応性が向上します。
⑥溶媒の固体内部への浸透を促進し、いわゆる包接反応を引き起こす。
⑦触媒の分散性を向上させる

超音波ソノケミストリーの応用:

超音波化学は、抽出と分離、合成と分解、バイオディーゼル生産、微生物処理、有毒有機汚染物質の分解、生分解処理、生物細胞の粉砕、分散と凝集など、ほぼすべての化学反応に適用できます。

◆ 中医学抽出：中医学の細胞を超音波で破砕（断片化）して、有用な物質を効率的に抽出することを指します。従来の抽出技術と比較して、超音波抽出には、高速、低コスト、高効率、安全、低コスト、幅広い適用性などの利点があります。

◆ バイオディーゼル生産：バイオマスオイルは超音波乳化によって製造されます。ディーゼルローションは、実際にはバイオオイルの液滴を別の混ざらないディーゼル液体に分散させます。他の技術と比較して、製造された液滴は細かく分散でき、分布が狭く、効率が高く、分散効果が良好で、ローションの安定性を高めることができます。

◆超音波防海洋生物：超音波の空洞化効果に基づいて、液体中の微小気泡核が超音波によって活性化されると、気泡の振動、成長、収縮、崩壊などの一連の動的プロセスを示します。液体中の気泡は破裂の瞬間に数百気圧、数千℃の高温を生成し、海洋生物の付着物を素早く剥離させ、表皮細胞を粉砕することで、海洋生物の予防の目的を達成します。

◆ 超音波触媒：超音波は触媒反応プロセスに適用され、ミクロスケールで反応器内の高温高圧反応をシミュレートし、一般的な条件下では達成が困難または不可能な触媒反応に非常に特殊な物理化学環境を提供します。触媒反応はより穏やかな環境で実行できます。反応速度をさらに向上させ、反応時間を短縮し、目的製品の収率を高めることができます。主な用途には、金属表面触媒、相間移動触媒、酵素触媒などがあります。

超音波分散：液体を媒体として、液体中の超音波の作用によりキャビテーションによって粒子を分散・分解するプロセスを指します。超音波分散は、ローション分散（液体-液体分散）とサスペンション分散（固体-液体分散）に分けられ、多くの分野で応用されています。サスペンションにおける超音波分散の応用は、塗料業界での水または溶剤への分散、溶融パラフィン中の染料、製薬業界での薬物粒子、食品業界などにも適用されています。