ネイチャー・フィジックス誌に発表された画期的な研究により、氷に関する驚くべき秘密が明らかになった。普通の氷は曲げると電荷を発生する能力があるのだ。
この発見は、雷の発生メカニズムを解明するだけでなく、最も過酷な環境における氷を利用した新たな技術を開発する可能性も拓きます。
カタルーニャナノサイエンス技術研究所（ICN2）、西安交通大学、ストーニーブルック大学の科学者らは、このテープがフレキソエレクトリック特性を備えていることを実証した。
これは、氷が曲げやねじれといった不均一な機械的ストレスを受けると電荷を発生する可能性があることを意味します。これまで見過ごされてきたこの特性は、雷の発生メカニズムを理解し、画期的な技術応用に繋がる鍵となる可能性があります。
圧電性には、均一に圧縮されたときに電荷を発生させる特殊な結晶構造を持つ材料（石英など）が必要ですが、従来のテープ（Ihテープ）にはこの特性がありません。
しかし、フレクソエレクトリック効果は異なる原理で作用します。材料を曲げると、応力は均一ではなくなり、片側は圧縮され、もう片側は引張られるようになります。
この不均一な応力勾配は、フレクソエレクトリック現象を通じて材料を分極させる可能性があります。重要なのは、この効果は整然とした原子配列を必要とせず、氷を含むあらゆる材料で発生する可能性があることです。
これをテストするために、研究チームは「氷コンデンサー」を製作した。これは、金属電極の間に挟まれた純粋な氷の薄いシートを機械装置で曲げたものである。
結果は、-130℃から氷の融点まで、あらゆる温度において測定可能な電荷が出現したことを示しました。この発見は、気象における最大の謎の一つである雲内での雷の発生を説明する可能性を秘めています。
科学者たちは、雲の電荷が氷晶と柔らかい雹（あられ）の衝突によって発生することを古くから知っていました。これらの粒子が衝突すると、曲がったり変形したりします。
結果として生じる応力勾配はフレクソエレクトリック分極を引き起こし、電界を発生させて衝突部位に電荷を引き寄せます。粒子が分離するにつれて、一方の粒子はより多くの電子を保持し、もう一方の粒子はより少ない電子を保持します。その結果、電荷分離が起こり、雷に必要な巨大な電界が発生します。
これらの発見は、自然現象の解明に光を当てるだけでなく、テクノロジー分野においても驚くべき可能性を切り開きます。このテープのフレキソエレクトリック効果の強さは、コンデンサやセンサーに広く使用されているセラミック材料である二酸化チタンやチタン酸ストロンチウムと同等です。
これにより、極地や高地などの過酷な環境で動作するように設計された低コストの一時的な電子機器の能動部品として氷自体を使用する可能性が開かれます。
「この発見は、氷を活性材料として使い、寒冷環境で直接製造できる新しい電子デバイスの開発への道を開く可能性がある」と、ICN2の酸化物ナノ物理学グループの責任者であるICREAのグスタウ・カタラン教授は述べた。
氷河に埋め込まれたセンサーや、凍結した衛星の表面にエネルギーを集める技術は実現するのでしょうか？これは将来への期待が持てる問題です。
出典: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/khi-bang-bi-uon-cong-co-the-tao-ra-nang-luong-dien-dang-kinh-ngac-20250915023834600.htm
コメント (0)