Gdy lód się wygina, może generować niewiarygodną energię elektryczną.

(Dan Tri) - To odkrycie nie tylko pomaga w rozwiązaniu jednej z najstarszych tajemnic dotyczących piorunów, ale także otwiera możliwości zastosowania technologii elektronicznej w najzimniejszych środowiskach na Ziemi.

Przełomowe badanie, którego wyniki opublikowano niedawno w czasopiśmie Nature Physics, ujawniło zaskakujący sekret dotyczący lodu: zwykły lód, gdy zostanie wygięty, ma zdolność generowania ładunku elektrycznego.

Odkrycie to nie tylko rzuca światło na mechanizm powstawania piorunów, ale także otwiera możliwości opracowania nowych technologii wykorzystujących lód w najbardziej ekstremalnych środowiskach.

Naukowcy z Katalońskiego Instytutu Nanonauki i Technologii (ICN2), Uniwersytetu Xi'an Jiaotong i Uniwersytetu Stony Brook wykazali, że taśma ma właściwości fleksoelektryczne.

Oznacza to, że lód może generować ładunek elektryczny pod wpływem nierównomiernych naprężeń mechanicznych, takich jak zginanie czy skręcanie. Ta wcześniej pomijana właściwość może być kluczowa dla zrozumienia, jak powstają pioruny i zainspirować przełomowe zastosowania technologiczne.

Naukowcy wiedzą, że lód może wytwarzać energię elektryczną, ale nie znają dokładnego mechanizmu (zdjęcie: Institut Català de Nanociència i Nanotechnologia).

Chociaż piezoelektryczność wymaga materiału o specjalnej strukturze krystalicznej, który generuje ładunek elektryczny przy równomiernym ściskaniu (np. kwarc), tradycyjna taśma (taśma Ih) nie posiada tej właściwości.

Efekt fleksoelektryczny działa jednak na innej zasadzie. Gdy materiał jest zginany, naprężenie nie jest już równomierne; jedna strona jest ściskana, a druga rozciągana.

Ten nierównomierny gradient naprężeń może polaryzować materiał poprzez zjawisko fleksoelektryczne. Co ważne, efekt ten nie wymaga uporządkowanego układu atomów i może wystąpić w dowolnym materiale, w tym w lodzie.

Aby to przetestować, zespół stworzył „kondensatory lodowe” – cienkie arkusze czystego lodu umieszczone pomiędzy metalowymi elektrodami i wygięte za pomocą urządzenia mechanicznego.

Wyniki pokazały, że mierzalny ładunek elektryczny pojawiał się we wszystkich testowanych temperaturach, od -130°C do temperatury topnienia lodu. Odkrycie to może stanowić potencjalne wyjaśnienie jednej z największych tajemnic pogody: powstawania piorunów w chmurach.

Naukowcy od dawna wiedzą, że ładunki elektryczne w chmurach powstają w wyniku zderzeń kryształków lodu z miękkimi gradami (graupelami). Kiedy te cząstki się zderzają, uginają się i deformują.

Powstały gradient naprężeń może wywołać polaryzację fleksoelektryczną, wytwarzając pole elektryczne i przyciągając ładunki do miejsca zderzenia. W miarę jak cząstki się rozdzielają, jedna zatrzymuje więcej elektronów, a druga mniej, co prowadzi do rozdzielenia ładunków i powstania ogromnego pola elektrycznego niezbędnego do wyładowania atmosferycznego.

Oprócz rzucania światła na zjawiska naturalne, odkrycia te otwierają niesamowite możliwości w dziedzinie technologii. Siła efektu fleksoelektrycznego taśmy dorównuje sile dwutlenku tytanu i tytanianu strontu – dwóch materiałów ceramicznych powszechnie stosowanych w kondensatorach i czujnikach.

Otwiera to możliwość wykorzystania samego lodu jako aktywnego komponentu niedrogich, tymczasowych urządzeń elektronicznych zaprojektowanych do pracy w trudnych warunkach, takich jak regiony polarne lub wysokogórskie.

„To odkrycie może utorować drogę do opracowania nowych urządzeń elektronicznych wykorzystujących lód jako materiał aktywny, które będzie można wytwarzać bezpośrednio w zimnym środowisku” – powiedział profesor Gustau Catalán z ICREA, kierownik grupy ds. nanofizyki tlenków w ICN2.

Czy czujniki osadzone w lodowcach lub powierzchnie zbierające energię na zamarzniętych satelitach staną się rzeczywistością? To obiecujące pytanie na przyszłość.

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