Όταν ο πάγος λυγίζει, μπορεί να παράγει απίστευτη ηλεκτρική ενέργεια.

(Νταν Τρι) - Αυτή η ανακάλυψη όχι μόνο βοηθά στην αποκωδικοποίηση ενός από τα παλαιότερα μυστήρια σχετικά με τους κεραυνούς, αλλά ανοίγει και τις δυνατότητες εφαρμογής της ηλεκτρονικής τεχνολογίας στα πιο ψυχρά περιβάλλοντα της Γης.

Μια πρωτοποριακή μελέτη που μόλις δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Physics αποκάλυψε ένα εκπληκτικό μυστικό για τον πάγο: όταν λυγίζει, ο συνηθισμένος πάγος έχει την ικανότητα να παράγει ηλεκτρικό φορτίο.

Αυτή η ανακάλυψη όχι μόνο ρίχνει φως στον μηχανισμό σχηματισμού κεραυνών, αλλά ανοίγει επίσης τις δυνατότητες για την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών που βασίζονται στον πάγο στα πιο ακραία περιβάλλοντα.

Επιστήμονες από το Καταλανικό Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Τεχνολογίας (ICN2), το Πανεπιστήμιο Xi'an Jiaotong και το Πανεπιστήμιο Stony Brook απέδειξαν ότι η ταινία διαθέτει φλεξοηλεκτρικές ιδιότητες.

Αυτό σημαίνει ότι ο πάγος μπορεί να παράγει ηλεκτρικό φορτίο υπό ανομοιόμορφη μηχανική καταπόνηση, όπως κάμψη ή στρίψιμο. Αυτή η προηγουμένως παραβλεπόμενη ιδιότητα θα μπορούσε να είναι το κλειδί για την κατανόηση του πώς σχηματίζεται ο κεραυνός και να εμπνεύσει πρωτοποριακές τεχνολογικές εφαρμογές.

Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι ο πάγος μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια, αλλά δεν είναι σίγουροι για τον ακριβή μηχανισμό (Φωτογραφία: Institut Català de Nanociència i Nanotechnologia).

Ενώ ο πιεζοηλεκτρισμός απαιτεί ένα υλικό με ειδική κρυσταλλική δομή για να παράγει ηλεκτρικό φορτίο όταν συμπιέζεται ομοιόμορφα (όπως ο χαλαζίας), η συμβατική ταινία (ταινία Ih) δεν έχει αυτή την ιδιότητα.

Το φλεξοηλεκτρικό φαινόμενο, ωστόσο, λειτουργεί με διαφορετική αρχή. Όταν ένα υλικό κάμπτεται, η τάση δεν είναι πλέον ομοιόμορφη. Η μία πλευρά βρίσκεται σε συμπίεση και η άλλη σε εφελκυσμό.

Αυτή η μη ομοιόμορφη κλίση τάσης μπορεί να πολώσει το υλικό μέσω ενός φλεξοηλεκτρικού φαινομένου. Είναι σημαντικό ότι αυτό το φαινόμενο δεν απαιτεί μια καθαρή ατομική διάταξη και μπορεί να εμφανιστεί σε οποιοδήποτε υλικό, συμπεριλαμβανομένου του πάγου.

Για να το δοκιμάσει, η ομάδα κατασκεύασε «πυκνωτές πάγου» - λεπτά φύλλα καθαρού πάγου τοποθετημένα ανάμεσα σε μεταλλικά ηλεκτρόδια και λυγισμένα χρησιμοποιώντας μια μηχανική συσκευή.

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι εμφανίστηκε μετρήσιμο ηλεκτρικό φορτίο σε όλες τις θερμοκρασίες που δοκιμάστηκαν, από -130°C έως το σημείο τήξης του πάγου. Η ανακάλυψη παρέχει μια πιθανή εξήγηση για ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του καιρού: τον σχηματισμό κεραυνών στα σύννεφα.

Οι επιστήμονες γνωρίζουν εδώ και καιρό ότι τα ηλεκτρικά φορτία στα σύννεφα προέρχονται από συγκρούσεις μεταξύ κρυστάλλων πάγου και μαλακών κόκκων χαλαζιού (γκράουπελ). Όταν αυτά τα σωματίδια συγκρούονται, κάμπτονται και παραμορφώνονται.

Η προκύπτουσα διαβάθμιση τάσης μπορεί να προκαλέσει φλεξοηλεκτρική πόλωση, δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό πεδίο και προσελκύοντας φορτία στο σημείο σύγκρουσης. Καθώς τα σωματίδια διαχωρίζονται, το ένα διατηρεί περισσότερα ηλεκτρόνια και το άλλο λιγότερα, με αποτέλεσμα τον διαχωρισμό φορτίου και τη δημιουργία του τεράστιου ηλεκτρικού πεδίου που απαιτείται για τον κεραυνό.

Εκτός από το ότι ρίχνουν φως στα φυσικά φαινόμενα, αυτά τα ευρήματα ανοίγουν απίστευτες δυνατότητες στον τομέα της τεχνολογίας. Η ισχύς του φλεξοηλεκτρικού φαινομένου της ταινίας είναι εφάμιλλη με αυτή του διοξειδίου του τιτανίου και του τιτανικού στροντίου - δύο κεραμικών υλικών που χρησιμοποιούνται ευρέως σε πυκνωτές και αισθητήρες.

Αυτό ανοίγει την πιθανότητα χρήσης του ίδιου του πάγου ως ενεργού συστατικού σε οικονομικές, προσωρινές ηλεκτρονικές συσκευές σχεδιασμένες να λειτουργούν σε σκληρά περιβάλλοντα, όπως οι πολικές περιοχές ή οι περιοχές μεγάλου υψομέτρου.

«Αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για την ανάπτυξη νέων ηλεκτρονικών συσκευών που χρησιμοποιούν πάγο ως ενεργό υλικό, οι οποίες μπορούν να κατασκευαστούν απευθείας σε ψυχρά περιβάλλοντα», δήλωσε ο καθηγητής του ICREA, Gustau Catalán, επικεφαλής της ομάδας Οξειδιακής Νανοφυσικής στο ICN2.

Θα μπορούσαν οι αισθητήρες που είναι ενσωματωμένοι σε παγετώνες ή σε επιφάνειες συλλογής ενέργειας σε κατεψυγμένους δορυφόρους να γίνουν πραγματικότητα; Αυτό είναι ένα πολλά υποσχόμενο ερώτημα για το μέλλον.

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