Ультразвук заставляет светиться кристаллы сахара
Еще в 1605 году Френсис Бэкон наблюдал свечение, возникающее при трении куска сахара о твердую поверхность. Долгие годы это явление оставалось лишь забавным фокусом, который только недавно получил научное объяснение. Явление получило название триболюминесценции, иногда его называют также механолюминесценцией или фрактолюминесценцией.В материалах, имеющих несимметричные структуры - такими, в частности, являются пьезоэлектрические кристаллы - происходит разделение зарядов при сжатии кристаллов. Если деформация достаточно велика, материал разрушается, и образующиеся на поверхности заряды рекомбинируют с образованием искрового разряда.
Проф. Кеннет Саслик (Kenneth S. Suslick) и д-р Натан Эддингаас (Nathan C. Eddingsaas) из университета штата Иллинойс обнаружили возможность усиления этого эффекта путем помещения кристаллов в расплавленный парафин, в котором растворены различные газы, и последующей обработки ультразвуковыми волнами, сообщает PhysicsWeb.
При этом облучении возникает эффект акустической кавитации, которая проявляется в возникновении и схлопывание миллионов газовых пузырьков. В результате кавитации генерируются ударные волны, которые сталкивают отдельные мелкие кристаллы с огромной скоростью. Ученые зарегистрировали излучение в случае двух молекулярных кристаллов с пьезоэлектрическими свойствами - сахарозы и резорцина (ароматическое вещество, производное бензола).
Если в атмосфере азота разрушить эти кристаллы обычными механическими средствами, кристаллы люминесцировали, и, кроме того, возникало и свечение азота. Если те же кристаллы помещали в парафин с растворенным в нем азотом и подвергали ультразвуковой обработке, то излучение многократно возрастало - его можно было видеть даже при дневном свете.
Используемый в этих опытах ультразвук имел частоту в 20 кГц. Ученые объяснили резкое усиление свечения тем, что разрушение кристаллов под действием ударных волн приводит к огромному росту поверхности твердого тела. Излучение наблюдалось и тогда, когда азот заменяли на аргон или гелий, потенциал ионизации которых гораздо выше.
Профессор Саслик, который занимается изучением ультразвуковых воздействий около 30 лет, считает это открытие одним из наиболее значительных в своей научной карьере. Физики по существу получили новый метод исследования твердых тел. Изучая люминесценцию кристаллов в условиях ультразвукового облучения, можно проследить условия образования трещин и разрушения кристаллов.