การศึกษาวิจัยอันก้าวล้ำที่เพิ่งตีพิมพ์ในวารสาร Nature Physics ได้เปิดเผยความลับที่น่าประหลาดใจเกี่ยวกับน้ำแข็ง: เมื่อน้ำแข็งโค้งงอ น้ำแข็งธรรมดาจะสามารถสร้างประจุไฟฟ้าได้
การค้นพบนี้ไม่เพียงแต่ช่วยให้เข้าใจกลไกการก่อตัวของฟ้าผ่าเท่านั้น แต่ยังเปิดโอกาสให้มีการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่ใช้พื้นฐานน้ำแข็งในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่สุดอีกด้วย
นักวิทยาศาสตร์ จากสถาบันนาโนเทคโนโลยีและวิทยาศาสตร์แห่งคาตาลัน (ICN2) มหาวิทยาลัยซีอานเจียวทง และมหาวิทยาลัยสโตนีบรู๊ค ได้แสดงให้เห็นว่าเทปดังกล่าวมีคุณสมบัติเป็นเฟล็กโซอิเล็กทริก
ซึ่งหมายความว่าน้ำแข็งสามารถสร้างประจุไฟฟ้าได้ภายใต้แรงเชิงกลที่ไม่สม่ำเสมอ เช่น การโค้งงอหรือการบิดตัว คุณสมบัติที่ถูกมองข้ามนี้อาจเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจว่าฟ้าผ่าเกิดขึ้นได้อย่างไร และเป็นแรงบันดาลใจให้เกิดการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีที่ก้าวล้ำ
ในขณะที่พลังงานพีโซอิเล็กทริกต้องใช้สารที่มีโครงสร้างผลึกพิเศษเพื่อสร้างประจุไฟฟ้าเมื่อถูกบีบอัดอย่างสม่ำเสมอ (เช่น ควอตซ์) แต่เทปธรรมดา (เทป Ih) ไม่มีคุณสมบัตินี้
อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์เฟล็กโซอิเล็กทริกทำงานบนหลักการที่แตกต่างออกไป เมื่อวัสดุถูกดัดงอ แรงเค้นจะไม่สม่ำเสมออีกต่อไป ด้านหนึ่งถูกกดทับ และอีกด้านหนึ่งถูกดึง
การไล่ระดับความเค้นที่ไม่สม่ำเสมอนี้สามารถทำให้วัสดุเกิดโพลาไรซ์ผ่านปรากฏการณ์เฟล็กโซอิเล็กทริก ที่สำคัญคือ ผลกระทบนี้ไม่จำเป็นต้องมีการจัดเรียงอะตอมอย่างเป็นระเบียบ และสามารถเกิดขึ้นได้ในวัสดุทุกชนิด รวมถึงน้ำแข็งด้วย
เพื่อทดสอบ ทีมงานได้ประดิษฐ์ "ตัวเก็บประจุน้ำแข็ง" ขึ้นมา ซึ่งเป็นแผ่นน้ำแข็งบริสุทธิ์บางๆ ที่ถูกประกบไว้ระหว่างอิเล็กโทรดโลหะ และดัดด้วยอุปกรณ์เครื่องกล
ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าประจุไฟฟ้าที่วัดได้ปรากฏที่อุณหภูมิทุกระดับที่ทดสอบ ตั้งแต่ -130°C จนถึงจุดหลอมเหลวของน้ำแข็ง การค้นพบ นี้ให้คำอธิบายที่เป็นไปได้สำหรับหนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดทางสภาพอากาศ นั่นคือ การเกิดฟ้าผ่าในเมฆ
นักวิทยาศาสตร์ทราบมานานแล้วว่าประจุไฟฟ้าในเมฆเกิดจากการชนกันระหว่างผลึกน้ำแข็งและลูกเห็บอ่อน (graupel) เมื่ออนุภาคเหล่านี้ชนกัน พวกมันจะโค้งงอและเสียรูป
แรงไล่ระดับที่เกิดขึ้นสามารถกระตุ้นการเกิดโพลาไรเซชันแบบเฟล็กโซอิเล็กทริก ก่อให้เกิดสนามไฟฟ้าและดึงดูดประจุไปยังจุดชน เมื่ออนุภาคแยกตัวออกจากกัน อนุภาคหนึ่งจะกักเก็บอิเล็กตรอนไว้ได้มากขึ้น ในขณะที่อีกอนุภาคหนึ่งจะกักเก็บอิเล็กตรอนไว้ได้น้อยลง ส่งผลให้เกิดการแยกตัวของประจุและเกิดสนามไฟฟ้าขนาดมหึมาที่จำเป็นสำหรับฟ้าผ่า
นอกจากจะเผยให้เห็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติแล้ว การค้นพบเหล่านี้ยังเปิดโอกาสอันน่าทึ่งในสาขาเทคโนโลยีอีกด้วย ความแข็งแรงของคุณสมบัติเฟล็กโซอิเล็กทริกของเทปนี้เทียบเท่ากับไทเทเนียมไดออกไซด์และสตรอนเซียมไททาเนต ซึ่งเป็นวัสดุเซรามิกสองชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในตัวเก็บประจุและเซ็นเซอร์
สิ่งนี้เปิดโอกาสให้ใช้ตัวน้ำแข็งเองเป็นส่วนประกอบสำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชั่วคราวราคาถูกที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น บริเวณขั้วโลกหรือพื้นที่สูง
“การค้นพบนี้อาจช่วยนำทางไปสู่การพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใหม่ๆ ที่ใช้น้ำแข็งเป็นวัสดุออกฤทธิ์ ซึ่งสามารถผลิตได้โดยตรงในสภาพแวดล้อมที่เย็น” ศาสตราจารย์ Gustau Catalán จาก ICREA ซึ่งเป็นหัวหน้ากลุ่ม Oxide Nanophysics ที่ ICN2 กล่าว
เซ็นเซอร์ที่ฝังอยู่ในธารน้ำแข็งหรือพื้นผิวที่กักเก็บพลังงานบนดาวเทียมที่แข็งตัวจะกลายเป็นจริงได้หรือไม่ นี่เป็นคำถามที่น่าสนใจสำหรับอนาคต
ที่มา: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/khi-bang-bi-uon-cong-co-the-tao-ra-nang-luong-dien-dang-kinh-ngac-20250915023834600.htm
การแสดงความคิดเห็น (0)