얼음이 구부러지면 엄청난 양의 전기 에너지를 생성할 수 있습니다.

(댄 트리) - 이번 발견은 번개에 대한 가장 오래된 미스터리 중 하나를 푸는 데 도움이 될 뿐만 아니라 지구상에서 가장 추운 환경에 전자 기술을 적용할 수 있는 가능성을 열어줍니다.

Nature Physics 저널에 최근 게재된 획기적인 연구에 따르면 얼음에 대한 놀라운 비밀이 밝혀졌습니다. 일반 얼음을 구부리면 전하를 생성할 수 있다는 것입니다.

이번 발견은 번개 형성 메커니즘을 밝혀낼 뿐만 아니라, 가장 극한의 환경에서 새로운 얼음 기반 기술을 개발할 수 있는 가능성을 열어줍니다.

카탈루냐 나노과학기술연구소(ICN2), 시안 교통대학교, 스토니브룩대학교의 과학자들은 이 테이프가 플렉소전기적 특성을 가지고 있음을 입증했습니다.

이는 얼음이 굽힘이나 비틀림과 같은 불균일한 기계적 응력 하에서 전하를 생성할 수 있음을 의미합니다. 이전에는 간과되었던 이러한 특성은 번개가 어떻게 형성되는지 이해하고 획기적인 기술 응용 분야에 영감을 불어넣는 데 핵심적인 역할을 할 수 있습니다.

과학자들은 얼음이 전기를 생산할 수 있다는 사실을 알고 있지만 정확한 메커니즘은 아직 모른다(사진: Institut Català de Nanociència i Nanotechnologia).

압전은 균일하게 압축되었을 때 전하를 생성하는 특수한 결정 구조를 가진 물질(석영 등)이 필요한 반면, 기존 테이프(Ih 테이프)는 이러한 특성을 갖고 있지 않습니다.

그러나 플렉소일렉트릭 효과는 다른 원리로 작동합니다. 재료를 구부리면 응력이 더 이상 균일하지 않습니다. 한쪽은 압축되고 다른 쪽은 인장됩니다.

이러한 불균일한 응력 구배는 플렉소일렉트릭 현상을 통해 재료를 분극시킬 수 있습니다. 중요한 점은 이 효과가 깔끔한 원자 배열을 필요로 하지 않으며 얼음을 포함한 모든 재료에서 발생할 수 있다는 것입니다.

이를 테스트하기 위해 연구팀은 "얼음 축전기"를 제작했습니다. 순수한 얼음으로 만든 얇은 시트를 금속 전극 사이에 끼우고 기계 장치를 사용하여 구부린 것입니다.

그 결과, -130°C부터 얼음이 녹는점까지 모든 온도에서 측정 가능한 전하가 나타났다는 것이 밝혀졌습니다. 이 발견은 날씨의 가장 큰 미스터리 중 하나인 구름 속 번개 형성에 대한 잠재적인 설명을 제공합니다.

과학자들은 구름 속 전하가 얼음 결정과 부드러운 우박(사행성)의 충돌에서 발생한다는 사실을 오래전부터 알고 있었습니다. 이 입자들이 충돌하면 휘어지고 변형됩니다.

그 결과 발생하는 응력 구배는 플렉소유전체 분극을 유발하여 전기장을 형성하고 충돌 지점으로 전하를 끌어당깁니다. 입자가 분리됨에 따라 한쪽은 더 많은 전자를 보유하고 다른 쪽은 더 적은 전자를 보유하게 되어 전하 분리가 일어나고 번개에 필요한 엄청난 전기장이 생성됩니다.

이러한 발견은 자연 현상에 대한 이해를 높이는 것 외에도 기술 분야에 놀라운 가능성을 열어줍니다. 이 테이프의 플렉소일렉트릭 효과 강도는 커패시터와 센서에 널리 사용되는 두 가지 세라믹 소재인 이산화티타늄과 티탄산스트론튬의 강도와 동등합니다.

이를 통해 극지방이나 고지대와 같은 혹독한 환경에서 작동하도록 설계된 저렴하고 일시적인 전자 장치의 활성 구성 요소로 얼음 자체를 사용할 가능성이 열립니다.

ICN2의 산화물 나노물리학 그룹 책임자인 ICREA의 구스타우 카탈란 교수는 "이번 발견은 차가운 환경에서 직접 제작할 수 있는 얼음을 활성 소재로 사용하는 새로운 전자 소자 개발의 길을 열어줄 수 있습니다."라고 말했습니다.

빙하에 센서를 내장하거나 얼어붙은 위성의 에너지 수확 표면이 현실이 될 수 있을까요? 이는 미래에 유망한 질문입니다.

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