عندما ينحني الجليد فإنه يمكن أن يولد طاقة كهربائية مذهلة.

(دان تري) - لا يساعد هذا الاكتشاف في فك أحد أقدم الألغاز المتعلقة بالبرق فحسب، بل يفتح أيضًا إمكانية تطبيق التكنولوجيا الإلكترونية في أبرد البيئات على الأرض.

كشفت دراسة رائدة نشرت مؤخرا في مجلة Nature Physics عن سر مدهش حول الجليد: عندما ينحني، يمتلك الجليد العادي القدرة على توليد شحنة كهربائية.

لا يسلط هذا الاكتشاف الضوء على آلية تشكل البرق فحسب، بل يفتح أيضاً الباب أمام إمكانية تطوير تقنيات جديدة تعتمد على الجليد في البيئات الأكثر تطرفاً.

أثبت علماء من المعهد الكتالوني لعلوم النانو والتكنولوجيا (ICN2)، وجامعة شيآن جياوتونغ، وجامعة ستوني بروك، أن الشريط يمتلك خصائص مرنة كهربائية.

هذا يعني أن الجليد قادر على توليد شحنة كهربائية تحت ضغط ميكانيكي غير متساوٍ، كالانحناء أو الالتواء. قد تكون هذه الخاصية، التي أُغفلت سابقًا، مفتاحًا لفهم كيفية تشكل البرق، ومصدر إلهام لتطبيقات تكنولوجية رائدة.

يعلم العلماء أن الجليد قادر على توليد الكهرباء ولكنهم غير متأكدين من الآلية الدقيقة (الصورة: المعهد الكتالوني لعلوم النانو والتكنولوجيا النانوية).

في حين تتطلب الكهرباء الضغطية مادة ذات بنية بلورية خاصة لتوليد شحنة كهربائية عند ضغطها بشكل موحد (مثل الكوارتز)، فإن الشريط التقليدي (شريط Ih) لا يمتلك هذه الخاصية.

أما التأثير المرن الكهربائي، فيعمل بمبدأ مختلف. فعند ثني مادة، لا يعود الضغط موحدًا؛ إذ يكون أحد الجانبين تحت ضغط والآخر تحت شد.

يمكن لهذا التدرج غير المنتظم للإجهاد أن يستقطب المادة من خلال ظاهرة كهربائية مرنة. والأهم من ذلك، أن هذا التأثير لا يتطلب ترتيبًا ذريًا دقيقًا، ويمكن أن يحدث في أي مادة، بما في ذلك الجليد.

لاختبار ذلك، قام الفريق بتصنيع "مكثفات جليدية" - وهي عبارة عن صفائح رقيقة من الجليد النقي محصورة بين أقطاب معدنية ومثنية باستخدام جهاز ميكانيكي.

أظهرت النتائج ظهور شحنة كهربائية قابلة للقياس عند جميع درجات الحرارة المختبرة، من -130 درجة مئوية إلى نقطة ذوبان الجليد. يُقدم هذا الاكتشاف تفسيرًا محتملًا لأحد أكبر ألغاز الطقس: تكوّن البرق في السحب.

لطالما عرف العلماء أن الشحنات الكهربائية في السحب تنشأ من تصادم بلورات الجليد مع حبات البَرَد الناعمة (الحُبيبات). عندما تصطدم هذه الجسيمات، تنحني وتتشوه.

يمكن لتدرج الإجهاد الناتج أن يُحفّز استقطابًا كهربائيًا مرنًا، مُولّدًا مجالًا كهربائيًا يجذب الشحنات إلى موقع الاصطدام. مع انفصال الجسيمات، يحتفظ أحدها بعدد أكبر من الإلكترونات والآخر بعدد أقل، مما يؤدي إلى فصل الشحنات وتكوين المجال الكهربائي الهائل اللازم للبرق.

بالإضافة إلى تسليط الضوء على الظواهر الطبيعية، تفتح هذه النتائج آفاقًا واعدة في مجال التكنولوجيا. فقوة التأثير المرن الكهربائي للشريط تعادل قوة ثاني أكسيد التيتانيوم وتيتانات السترونشيوم، وهما مادتان خزفيتان تُستخدمان على نطاق واسع في المكثفات وأجهزة الاستشعار.

ويفتح هذا الباب أمام إمكانية استخدام الجليد نفسه كمكون نشط في الأجهزة الإلكترونية المؤقتة منخفضة التكلفة والمصممة للعمل في بيئات قاسية مثل المناطق القطبية أو المرتفعة.

وقال البروفيسور جوستاو كاتالان، رئيس مجموعة فيزياء النانو الأكسيدية في ICN2: "قد يمهد هذا الاكتشاف الطريق لتطوير أجهزة إلكترونية جديدة باستخدام الجليد كمادة فعالة، والتي يمكن تصنيعها مباشرة في البيئات الباردة".

هل يُمكن أن تُصبح أجهزة الاستشعار المُدمجة في الأنهار الجليدية أو أسطح تجميع الطاقة على الأقمار الصناعية المُتجمدة حقيقةً واقعةً؟ هذا سؤالٌ واعدٌ للمستقبل.

المصدر: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/khi-bang-bi-uon-cong-co-the-tao-ra-nang-luong-dien-dang-kinh-ngac-20250915023834600.htm