Wenn Eis gebogen wird, kann es unglaubliche elektrische Energie erzeugen.

(Dan Tri) - Diese Entdeckung hilft nicht nur dabei, eines der ältesten Geheimnisse über Blitze zu entschlüsseln, sondern eröffnet auch das Potenzial, elektronische Technologie in den kältesten Umgebungen der Erde anzuwenden.

Eine bahnbrechende Studie, die soeben in der Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlicht wurde, hat ein überraschendes Geheimnis über Eis enthüllt: Gewöhnliches Eis besitzt die Fähigkeit, beim Biegen eine elektrische Ladung zu erzeugen.

Diese Entdeckung wirft nicht nur Licht auf den Mechanismus der Blitzentstehung, sondern eröffnet auch das Potenzial für die Entwicklung neuer eisbasierter Technologien in extremsten Umgebungen.

Wissenschaftler des Katalanischen Instituts für Nanowissenschaften und -technologie (ICN2), der Xi'an Jiaotong Universität und der Stony Brook Universität haben gezeigt, dass das Klebeband flexoelektrische Eigenschaften besitzt.

Das bedeutet, dass Eis unter ungleichmäßiger mechanischer Belastung, wie etwa Biegung oder Verdrehung, eine elektrische Ladung erzeugen kann. Diese bisher übersehene Eigenschaft könnte der Schlüssel zum Verständnis der Blitzentstehung sein und bahnbrechende technologische Anwendungen ermöglichen.

Wissenschaftler wissen, dass Eis Elektrizität erzeugen kann, sind sich aber über den genauen Mechanismus nicht im Klaren (Foto: Institut Català de Nanociència i Nanotechnologia).

Während für die Piezoelektrizität ein Material mit einer speziellen Kristallstruktur erforderlich ist, um bei gleichmäßiger Kompression eine elektrische Ladung zu erzeugen (wie z. B. Quarz), besitzt herkömmliches Klebeband (Ih-Klebeband) diese Eigenschaft nicht.

Der flexoelektrische Effekt beruht jedoch auf einem anderen Prinzip. Wird ein Material gebogen, ist die Spannung nicht mehr gleichmäßig verteilt; eine Seite wird gestaucht, die andere gedehnt.

Dieser ungleichmäßige Spannungsgradient kann das Material durch ein flexoelektrisches Phänomen polarisieren. Wichtig ist, dass dieser Effekt keine geordnete atomare Anordnung erfordert und in jedem Material, einschließlich Eis, auftreten kann.

Um dies zu testen, fertigte das Team „Eiskondensatoren“ an – dünne Schichten aus reinem Eis, die zwischen Metallelektroden eingebettet und mithilfe einer mechanischen Vorrichtung gebogen wurden.

Die Ergebnisse zeigten, dass bei allen getesteten Temperaturen, von -130 °C bis zum Schmelzpunkt von Eis, eine messbare elektrische Ladung auftrat. Diese Entdeckung liefert eine mögliche Erklärung für eines der größten Rätsel des Wetters: die Entstehung von Blitzen in Wolken.

Wissenschaftler wissen seit langem, dass die elektrischen Ladungen in Wolken durch Kollisionen zwischen Eiskristallen und weichen Hagelkörnern (Graupel) entstehen. Wenn diese Partikel zusammenstoßen, werden sie verbogen und verformt.

Der entstehende Spannungsgradient kann flexoelektrische Polarisation auslösen, wodurch ein elektrisches Feld erzeugt und Ladungen zum Kollisionsort gezogen werden. Bei der Trennung der Teilchen behält eines mehr Elektronen als das andere, was zur Ladungstrennung und zur Entstehung des enormen elektrischen Feldes führt, das für Blitze erforderlich ist.

Diese Erkenntnisse tragen nicht nur zum Verständnis natürlicher Phänomene bei, sondern eröffnen auch unglaubliche Möglichkeiten im Bereich der Technologie. Die Stärke des flexoelektrischen Effekts des Klebebands ist vergleichbar mit der von Titandioxid und Strontiumtitanat – zwei Keramikwerkstoffen, die häufig in Kondensatoren und Sensoren eingesetzt werden.

Dies eröffnet die Möglichkeit, das Eis selbst als aktive Komponente in kostengünstigen, temporären elektronischen Geräten zu verwenden, die für den Einsatz in rauen Umgebungen wie Polargebieten oder Hochgebirgsregionen konzipiert sind.

„Diese Entdeckung könnte den Weg für die Entwicklung neuer elektronischer Geräte ebnen, bei denen Eis als aktives Material verwendet wird und die direkt in kalten Umgebungen hergestellt werden können“, sagte ICREA-Professor Gustau Catalán, Leiter der Oxid-Nanophysik-Gruppe am ICN2.

Könnten in Gletscher eingebettete Sensoren oder energieerzeugende Oberflächen auf gefrorenen Satelliten Realität werden? Das ist eine vielversprechende Frage für die Zukunft.

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