A cristalização, um processo importante em indústrias como a medicina e a produção de alimentos, atingiu um novo marco graças às pesquisas mais recentes realizadas por uma equipe liderada pelo professor Duyang Zang e pelo professor Zhang Xiaoqiang da Universidade Politécnica do Noroeste em Xi’an, China. Eles usaram ondas sonoras de forma criativa para influenciar a forma como as gotículas de salmoura evaporam e formam cristais, o que foi recentemente detalhado em Ultrasonic Sonochemistry. O trabalho mostra como o ultrassom pode tornar os cristais menores e mais consistentes, ao mesmo tempo que acelera o processo, que tem amplas aplicações industriais.
O professor Zang e sua equipe estudaram como dois tipos de ondas ultrassônicas (ondas estacionárias e ondas viajantes) afetam a evaporação e cristalização de gotículas de água salgada. As ondas estacionárias são padrões sonoros estacionários produzidos por ondas refletidas, enquanto as ondas viajantes se movem continuamente em uma direção. Suas descobertas destacam o potencial emocionante do ultrassom para melhorar a qualidade do cristal e criar estruturas menores e mais uniformes. “Esta tecnologia não apenas acelera a evaporação, mas também reduz significativamente o tamanho do cristal, tornando-a uma ferramenta valiosa para necessidades de precisão”, compartilhou o professor Zang.
Uma das principais descobertas deste estudo é o efeito único de diferentes tipos de ondas sonoras. As ondas sonoras em movimento produzem cristais muito mais finos do que as ondas estacionárias. Por exemplo, os cristais expostos a ondas viajantes eram significativamente menores e mais uniformes do que os cristais que ocorrem naturalmente, demonstrando o controle superior proporcionado pelo ultrassom. Ao mesmo tempo, as ondas estacionárias também reduzem o tamanho do cristal, embora em menor grau. Essas diferenças estão relacionadas à forma como a energia ultrassônica promove a formação e aumenta o número de minúsculos pontos de partida para o crescimento do cristal, chamados núcleos.
Os benefícios mais amplos desta pesquisa são impressionantes. Cristais menores e mais refinados poderiam melhorar a forma como os medicamentos são absorvidos pelo corpo, aumentar a resistência dos metais processados e tornar a produção química mais eficiente. A equipe de pesquisa também explica por que o ultrassom tem esse efeito. Quando as ondas sonoras criam pequenas bolhas que se expandem e colapsam (chamado cavitação), elas ajudam a quebrar cristais maiores e estimulam a formação de cristais menores.
“Esta pesquisa nos fornece novas maneiras de gerenciar o processo de cristalização”, explica Zhang. “Ao utilizar energia sonora, podemos criar processos mais precisos e eficientes que serão valiosos para muitas indústrias.”
As descobertas destacam como ajustar as configurações sonoras para obter resultados ideais. Por exemplo, numa configuração de onda progressiva, a posição da gota em relação à fonte sonora afeta grandemente os resultados. Gotículas colocadas a distâncias específicas produziram cristais mais finos, demonstrando o controle preciso fornecido por este método.
As implicações deste trabalho são revolucionárias. Ao aplicar ultrassom para orientar a cristalização, a indústria pode obter melhores resultados com menos esforço. Esta inovação promete aplicações interessantes em áreas como materiais avançados e fabricação ecologicamente correta, onde o controle do tamanho e da estrutura das partículas é fundamental.
Referência do diário
Zhang, X., Chen, H., Wang, Y., Gao, X., Wang, Z., e Zang, D. “Refinamento de grãos induzido por ultrassom de cristalização em gotículas de salmoura evaporadas.” Sonoquímica Ultrassônica, 2024. doi: https://doi.org/10.1016/j.ultsench.2024.106938
Sobre o autor
Duyang Zang Ele recebeu seu doutorado em física pela Universidade de Paris-Sud em 2010 e atualmente é professor na Escola de Ciências Físicas e Tecnologia da Northwestern Polytechnical University. Ele trabalha na física e dinâmica de interfaces de matéria mole, incluindo fenômenos capilares, reologia interfacial, dinâmica de gotículas/bolhas e comportamento de fase em sistemas complexos e de matéria mole. Nos últimos 10 anos, presidiu mais de 10 projetos de investigação científica, como a Fundação Nacional de Ciências Naturais e o Ministério da Educação, e tentou combinar a investigação de matérias moles com a levitação acústica. Ele é autor de mais de 90 artigos de periódicos revisados por pares, incluindo Nature, Nature Communications, Physical Reports, Soft Matter, Physical Review Fluids, etc., bem como 5 capítulos de livros. Ele também publicou 2 livros. Suas publicações foram citadas mais de 2.700 vezes e possuem índice h de 30 (Scopus). Ele ganhou o “Prêmio dos Dez Melhores Cientistas Emergentes da China em 2018” e a Medalha de Cientista da IAAM em 2021. Ele é IAAM Fellow, membro do conselho editorial do European Physical Journal E, Frontiers in Soft Matter, e membro do Conselho Consultivo de Soft Matter.
XiaoqiangZhang Ele recebeu o diploma de bacharel em engenharia de embalagens pela Universidade de Ciência e Tecnologia de Shaanxi em 2015 e o título de mestre em engenharia de embalagens pela Universidade de Tecnologia de Xi’an em 2019. Atualmente cursando doutorado. Graduado pela Escola de Ciências Físicas e Tecnologia da Northwestern Polytechnical University com doutorado em física. Seus interesses de pesquisa incluem cristalização por evaporação líquida, cristalização ultrassônica e suspensão e congelamento ultrassônico. Ele publicou mais de 10 artigos SCI e possui 2 patentes de invenção autorizadas.
