Oamenii de știință au descoperit că gheața produce electricitate atunci când este îndoită sau întinsă

Gheața nu este atât de inertă pe cât pare. Cercetări recente arată că gheața produce electricitate când este îndoită, întinsă sau răsucită. Această capacitate neobișnuită, numită flexoelectricitate, înseamnă că până și banalele cuburi de gheață dintr-un pahar ascund proprietăți electromecanice surprinzătoare.

Studiul a fost realizat de Institut Catala de Nanociencia i Nanotecnologia (ICN2) din campusul Universitat Autònoma de Barcelona (Spania), împreună cu Xi’an Jiaotong University (China) și Stony Brook University (SUA). Descoperirea arată că comportamentul electric al gheții se modifică și în funcție de temperatură, ceea ce ar putea schimba modul în care oamenii de știință înțeleg unul dintre cele mai familiare materiale de pe Pământ.

• Universul invizibil dezvăluie noi indicii despre materia întunecată
• De ce ni se pare că luna decembrie „vine mai devreme” în fiecare an?

„Lucrarea schimbă perspectiva asupra gheții: de la un material pasiv la unul activ, cu implicații atât fundamentale, cât și aplicative”, a explicat Xin Wen, autor principal și nanofizician la ICN2.

Gheața produce electricitate când este îndoită sau întinsă

Mult timp, cercetătorii s-au întrebat de ce gheața nu este piezoelectrică. Piezoelectricitatea înseamnă generarea unei sarcini electrice atunci când stresul aplicat modifică polaritatea unui material. Deși moleculele de apă sunt polarizate, în structura cristalină a gheții dipolii lor se anulează reciproc, ceea ce ar trebui să facă imposibilă apariția electricității prin acest mecanism. Cu toate acestea, în natură gheața generează electricitate, iar un exemplu clar este fulgerul din timpul furtunilor, rezultat adesea din ciocnirea particulelor de gheață încărcate electric.

Pentru a rezolva misterul, echipa de cercetare a testat un alt tip de fenomen: flexoelectricitatea. Spre deosebire de piezoelectricitate, aceasta poate apărea în orice material, indiferent de simetrie, ceea ce o făcea un candidat promițător pentru a explica comportamentul neașteptat al gheții.

Gheața produce electricitate când este îndoită. În experiment, o bucată de gheață a fost plasată între doi electrozi, iar când a fost îndoită, a generat electricitate la toate temperaturile testate. „Potențialul electric obținut prin îndoirea unui bloc de gheață a fost măsurat și corespunde cu valorile observate anterior în ciocnirile particulelor de gheață din furtuni”, a explicat profesorul Gustau Catalán, coordonator al grupului de Nanofizică a Oxizilor la ICN2.

Ce se întâmplă când modificăm temperatura?

O descoperire și mai surprinzătoare a fost observată la temperaturi extrem de scăzute, sub -113 grade Celsius, când la suprafața gheții s-a format un strat subțire feroelectric. Acest lucru înseamnă că gheața poate dezvolta o polarizare electrică naturală, ce poate fi inversată prin aplicarea unui câmp electric extern, asemenea polilor unui magnet, care pot fi schimbați.

„Astfel, gheața ar putea avea două moduri diferite de a produce electricitate: feroelectricitate la temperaturi foarte joase și flexoelectricitate la temperaturi mai ridicate, până la 0 grade Celsius”, a precizat Wen.

Rezultatele plasează gheața în aceeași categorie cu alte materiale electroceramice avansate, precum dioxidul de titan, utilizate la scară largă în senzori și condensatori. Capacitatea de a „comuta” între flexoelectricitate și feroelectricitate arată că gheața este mult mai versatilă decât se credea. Mai mult, acest fenomen ar putea explica procese naturale cum ar fi electricitatea produsă de coliziunile particulelor de gheață din norii de furtună, scrie Interesting Engineering.

„Cu aceste noi cunoștințe despre gheață, vom reanaliza procesele naturale legate de ea pentru a descoperi dacă flexoelectricitatea are consecințe încă trecute cu vederea”, a declarat Wen.

Cercetătorii subliniază că sunt necesare studii suplimentare pentru a trage concluzii ferme, însă descoperirea demonstrează că un material atât de comun precum gheața ascunde o complexitate neașteptată. Ceea ce părea inert s-ar putea dovedi a fi un element activ, cu rol în natură și tehnologie.

Studiul a fost publicat în revista Nature Physics.

Vă recomandăm să citiți și:

Primul microscop bazat pe sunet vede de 5 ori mai adânc în creier fără a altera celulele

Imagini în premieră mondială dezvăluie tremurul cuantic al atomilor înainte ca o moleculă să se spargă

Oamenii de știință au creat o nouă stare cuantică a materiei

Cercetătorii au realizat, în premieră, un cristal din atomi „exotici” uriași