Міжнародна група дослідників встановила, що лід здатен генерувати електрику під час згинання або нерівномірної деформації.
Науковці давно знають, що блискавки виникають під час зіткнення крижаних частинок всередині хмар. Однак досі не було чіткого розуміння того, як ці частинки отримують електричний заряд, оскільки лід не генерує електрику під час просто стискання.
За результатами нового дослідження було встановлено, що нерівномірна деформація льоду під час подібних зіткнень крижаних частинок у хмарах достатня для генерації електричних зарядів. Дослідження було проведене науковцями з Каталонського інституту нанонауки та нанотехнологій (ICN2), Сіаньського університету Цзяотун та Університету Стоуні-Брук. Дослідники також встановили, що електричні властивості льоду змінюються в залежності від температури.
“Ця робота змінює наше уявлення про лід: з пасивного матеріалу він перетворюється на активний матеріал, який може відігравати важливу роль як у фундаментальних дослідженнях, так і в практичних завданнях”, — зазначає провідний автор дослідження, нанофізик з Каталонського інституту Синь Вень.
На відміну від п’єзоелектрики, коли електричні заряди генеруються за рахунок зміни полярності матеріалу під впливом напруги, флексоелектрика може проявлятись у матеріалах із будь-якою симетрією. Це цілком пояснює незвичайну поведінку льоду.
У рамках експерименту дослідники розмістили пластину льоду між двома електродами. Вони ретельно перевірили, щоб генеровані електричні заряди не були п’єзоелектричними. При згинанні пластини вона генерувала електрику за всіх випробуваних температур.
“У ході нашого дослідження вимірювався електричний потенціал, що виникає при згинанні крижаної пластини. Зокрема, брусок поміщався між двома металевими пластинами та підключався до вимірювального пристрою. Результати збігаються з тими, що раніше спостерігалися при зіткненнях частинок льоду під час гроз”, — пояснює професор Густау Каталан, що керує групою дослідників з кафедри оксидної нанофізики у Каталонському інституті.
Дослідники також виявили, що за температур нижче – 113°С на поверхні льоду формується тонкий сегнетоелектричний шар. Як зазначає Синь Вень, поверхня льоду може утворювати природну електричну поляризацію, яку можна обернути, використовуючи зовнішнє електричне поле — подібно до того, як полюси магніту можуть бути змінені на протилежні.
“У льоду може бути не один, а два способи генерації електроенергії: сегнетоелектрика при дуже низьких температурах і флексоелектрика при вищих температурах, аж до 0°С”, — зауважує Синь Вень.
Ці результати ставлять лід поряд із такими перспективними електрохімічними матеріалами, як діоксид титану, які широко використовуються у датчиках та конденсаторах. Здатність перемикатись між флексоелектрикою та сегнетоелектрикою демонструє неочікувану універсальність льоду.
“Завдяки цим новим знанням про лід ми переглянемо пов’язані з льодом процеси в природі, щоб з’ясувати, чи є інші істотні наслідки флексоелектрики льоду, які весь цей час ігнорувалися”, — зазначає Синь Вень.
Результати дослідження опубліковані у журналі Nature Physics
Джерело: NotebookCheck; Interesting Engineering
Повідомити про помилку
Текст, який буде надіслано нашим редакторам: