Лід, одна з найбільш поширених і вивчених речовин на планеті, продовжує дивувати наукову спільноту. Дослідники з Каталонського інституту нанонауки та нанотехнологій (ICN2) зробили відкриття, яке кардинально змінює уявлення про властивості цієї речовини: лід здатен генерувати електричний струм у процесі згинання.
Про це розповідає ProIT
Механізм виникнення електрики у льоді
Довгий час науковці намагалися пояснити механізм виникнення електричних розрядів у хмарах під час грози. Відомо, що зіткнення крижаних частинок спричиняє накопичення заряду, який потім вивільняється у вигляді блискавки. Однак класичний лід не вважається п’єзоелектриком, тобто матеріалом, який виробляє електрику під прямим механічним тиском, як це відбувається у кварці. Полярність молекул води у кристалічній структурі льоду взаємно компенсується, тому макроскопічний п’єзоелектричний ефект відсутній.
Розгадка виявилася в іншому явищі — флексоелектриці. Дослідники з’ясували, що електричний потенціал з’являється не через простий тиск, а внаслідок згинання та деформації кристалів льоду. Експерименти із вигинанням тонких крижаних пластин показали, що виникає електричний потенціал, аналогічний тому, що фіксується під час зіткнення крижин у хмарах. Виявлений ефект за потужністю не поступається тим, які демонструють сучасні керамічні матеріали, що застосовуються у сенсорах і конденсаторах. Відтак, згинання та деформація льоду у турбулентних потоках хмар стає ключовим фактором генерації електрики.
Додаткові електричні властивості льоду
Окрім основного відкриття, науковці зафіксували ще одну незвичайну властивість: при температурах нижчих за -113 °C на поверхні льоду формується надтонкий фероелектричний шар. Така поверхня набуває власної електричної поляризації, яку можна змінювати зовнішнім полем, подібно до перемикання полюсів магніту. Таким чином, лід має два механізми генерації електрики: флексоелектричний, який діє в широкому діапазоні температур аж до точки танення, і фероелектричний, що активується у надзвичайно холодних умовах.
“Виміряні показники повністю збіглися з тими, що спостерігаються під час зіткнень частинок льоду в грозових хмарах”.
Отримані результати не лише пояснюють природу виникнення блискавок, а й відкривають перспективи для розвитку нових технологій. Науковці вже планують дослідити можливість використання електричних властивостей льоду для створення інноваційних електронних пристроїв, які могли б працювати у наднизьких температурах. Такі розробки стануть у пригоді для досліджень у космосі чи на інших планетах, де лід може стати активним функціональним матеріалом майбутнього.