Лед, одно из самых распространённых и изученных веществ на планете, продолжает удивлять научное сообщество. Исследователи из Каталонского института нанонауки и нанотехнологий (ICN2) сделали открытие, которое кардинально меняет представление о свойствах этого вещества: лед способен генерировать электрический ток в процессе изгибания.
Об этом сообщает ProIT
Механизм возникновения электричества в льду
Долгое время учёные пытались объяснить механизм возникновения электрических разрядов в облаках во время грозы. Известно, что столкновение ледяных частиц вызывает накопление заряда, который затем высвобождается в виде молнии. Однако классический лед не считается пьезоэлектриком, то есть материалом, который производит электричество под прямым механическим давлением, как это происходит в кварце. Полярность молекул воды в кристаллической структуре льда взаимно компенсируется, поэтому макроскопический пьезоэлектрический эффект отсутствует.
Разгадка оказалась в другом явлении — флексоэлектрике. Исследователи выяснили, что электрический потенциал появляется не из-за простого давления, а в результате изгибания и деформации кристаллов льда. Эксперименты с изгибанием тонких ледяных пластин показали, что возникает электрический потенциал, аналогичный тому, что фиксируется во время столкновения льдин в облаках. Обнаруженный эффект по мощности не уступает тем, которые демонстрируют современные керамические материалы, используемые в сенсорах и конденсаторах. Таким образом, изгибание и деформация льда в турбулентных потоках облаков становятся ключевым фактором генерации электричества.
Дополнительные электрические свойства льда
Кроме основного открытия, учёные зафиксировали ещё одно необычное свойство: при температурах ниже -113 °C на поверхности льда формируется надтонкий ферроэлектрический слой. Такая поверхность приобретает собственную электрическую поляризацию, которую можно изменять внешним полем, подобно переключению полюсов магнита. Таким образом, лед имеет два механизма генерации электричества: флексоэлектрический, который действует в широком диапазоне температур вплоть до точки плавления, и ферроэлектрический, который активируется в чрезвычайно холодных условиях.
«Измеренные показатели полностью совпали с теми, что наблюдаются во время столкновений частиц льда в грозовых облаках».
Полученные результаты не только объясняют природу возникновения молний, но и открывают перспективы для развития новых технологий. Учёные уже планируют исследовать возможность использования электрических свойств льда для создания инновационных электронных устройств, которые могли бы работать при сверхнизких температурах. Такие разработки станут полезными для исследований в космосе или на других планетах, где лед может стать активным функциональным материалом будущего.