A cristalização, um processo essencial para indústrias como a medicina e a produção de alimentos, atingiu um novo marco graças a uma nova pesquisa realizada por uma equipe liderada pelo professor Duong Chang e Xiaoqiang Zhang, da Northwest Polytechnic University em Xi’an, China. Seu uso inovador de ondas sonoras para influenciar a forma como as gotículas de água salgada evaporam para formar cristais foi recentemente descrito em Ultrasonics Sonochemistry. Este trabalho demonstra como o ultrassom pode tornar os cristais menores e mais uniformes.
O professor Chang e sua equipe estudaram como dois tipos de ondas de ultrassom – estacionárias e em movimento – afetam a evaporação e a cristalização de gotículas de água salgada. Ondas estacionárias são padrões sonoros estáveis criados por ondas refletidas, enquanto ondas viajantes se movem continuamente em uma direção. Suas descobertas ressaltam o incrível potencial do ultrassom para melhorar a qualidade do cristal e criar estruturas menores e mais uniformes. “Esta técnica não apenas acelera a evaporação, mas também reduz significativamente o tamanho do cristal, tornando-a uma ferramenta inestimável para requisitos de precisão”, compartilhou o Prof.
Uma das principais descobertas deste estudo é o efeito distinto de diferentes tipos de ondas sonoras. As ondas sonoras viajadas resultaram em cristais muito mais finos em comparação com as ondas estacionárias. Por exemplo, os cristais expostos a ondas viajantes eram menores e mais uniformes do que aqueles formados naturalmente, demonstrando o notável controle que o ultrassom proporciona. Enquanto isso, as ondas estacionárias também reduziram o tamanho do cristal, embora em menor grau. Essas diferenças estão ligadas à forma como a energia do ultrassom cria pequenos pontos de partida para o crescimento dos cristais, chamados núcleos, e aumenta seu número.
As implicações mais amplas desta pesquisa são impressionantes. Cristais menores e mais refinados podem melhorar a forma como os medicamentos são absorvidos pelo corpo, melhorar a resistência dos metais processados e tornar a fabricação de produtos químicos mais eficiente. A equipe também explicou por que o ultrassom tem esse efeito. Quando as ondas sonoras criam pequenas bolhas que se expandem e explodem, o que é chamado de cavitação, elas quebram cristais maiores e estimulam a formação de cristais menores.
“Esta pesquisa nos dá novas maneiras de gerenciar o processo de cristalização”, explicou Zhang. “Ao aproveitar a energia sonora, podemos criar processos mais precisos e eficientes que são valiosos em muitas indústrias.”
As descobertas destacam como o ajuste dos sistemas de ondas sonoras pode alcançar melhores resultados. Por exemplo, em sistemas de ondas viajantes, a posição da gota em relação à fonte sonora influenciou grandemente o efeito. Gotículas espaçadas formaram cristais muito finos, demonstrando o controle refinado que este método proporciona.
As implicações deste trabalho são revolucionárias. Ao usar o ultrassom para orientar a cristalização, as indústrias podem obter melhores resultados com menos esforço. Esta descoberta promete aplicações interessantes em áreas como materiais avançados e fabricação ecologicamente correta, onde o controle do tamanho e da estrutura das partículas é essencial.
Nota de diário
Zhang, X., Chen, H., Wang, Y., Gao, X., Wang, Z., & Zhang, T. “Cristalização na evaporação de gotículas de sal em refinaria de grãos induzida por ultrassom.” Sonoquímica Ultrassônica, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultsench.2024.106938
Sobre os professores
TuyangZhang Em 2010, obteve seu doutorado em Física pela Universidade de Paris-Sud. Ele agora é professor na Escola de Ciências Físicas e Tecnologia da Universidade Politécnica do Noroeste da China. Ele trabalha com física e dinâmica de interfaces de materiais macios, incluindo fenômenos capilares, reologia interfacial, dinâmica de gotas/bolhas, comportamentos de fase em sistemas de materiais complexos e macios. Nos últimos 10 anos, conduziu mais de 10 projetos científicos premiados pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, Ministério da Educação, etc., e tentou combinar o estudo da matéria mole com a levitação sonora. Ele é autor de mais de 90 artigos em periódicos revisados por pares, incluindo Nature, Nature Communications, Physical Reports, Soft Matter, Physical Review Fluids e 5 capítulos de livros. Ele também publicou 2 livros. Suas publicações foram citadas mais de 2.700 vezes com índice h de 30 (Scopus). Ele ganhou o “Prêmio dos 10 melhores cientistas emergentes da China, 2018” e a Medalha de Cientista IAAM 2021. Ele é membro da IAAM, membro do Conselho Editorial do European Physical Journal E, Frontiers in Soft Matter e do Conselho Consultivo de Soft Matter.
XiaoqiangZhang Ele recebeu seu diploma de bacharel em engenharia de embalagens pela Universidade de Ciência e Tecnologia de Shaanxi, Xi’an, China, em 2015, e seu diploma de mestrado em engenharia de embalagens pela Universidade de Tecnologia de Xi’an, Xi’an, China, em 2019. Atualmente, ele está trabalhando em um doutorado. Licenciatura em Física, Escola de Ciências Físicas e Tecnologia, Universidade Politécnica do Noroeste, Xi’an, China. Seus interesses de pesquisa incluem cristalização evaporativa líquida, cristalização ultrassônica e levitação e coagulação ultrassônica. Ele publicou mais de 10 artigos SCI e possui 2 patentes de invenção aprovadas.
