Ľad nie je taký pasívny, ako sme si mysleli. Nový výskum ukazuje, že obyčajný ľad dokáže generovať elektrinu, keď sa ohne, natiahne alebo skrúti. Tento jav sa nazýva flexoelektrina a odhaľuje, že aj niečo také bežné ako kocka ľadu v pohári má skryté elektromechanické vlastnosti. O téme informoval portál Interesting Engineering.

Na štúdii spolupracovali tímy z Institut Catala de Nanociencia i Nanotecnologia (ICN2) v Španielsku, Xi’an Jiaotong University v Číne a Stony Brook University v USA. Objav podľa nich mení spôsob, akým vnímame jeden z najznámejších materiálov na Zemi.

Ako povedal Xin Wen, nanofyzik z ICN2: „Štúdia mení pohľad na ľad – z pasívneho materiálu na aktívny, ktorý môže zohrávať úlohu v základnom výskume aj v praktických aplikáciách.“

Prečo bol ľad pre vedcov záhadou

Dlhé roky vedci nechápali, prečo ľad nie je piezoelektrický. Piezoelektrina je jav, pri ktorom materiál pri mechanickom namáhaní generuje elektrický náboj. Molekuly vody sú síce polarizované, no keď vytvoria kryštálovú štruktúru ľadu, ich dipóly sa navzájom vyrušia. Teoreticky by teda ľad nemal vytvárať elektrinu týmto spôsobom.

V prírode sa však elektrina v ľade objavuje – blesky v búrkach často vznikajú práve zrážkami nabitých ľadových častíc. Tento rozpor dlhodobo mátal fyzikov. Ako pripomínajú autori štúdie, napriek rozsiahlemu výskumu sa u ľadu stále objavujú nové fázy a anomálne vlastnosti, ktoré dokazujú, že náš pohľad na tento materiál je neúplný.

Pexels (Úprava redakcie)

Ako fungoval experiment

Výskumníci sa preto zamerali na iný jav – flexoelektrinu. Na rozdiel od piezoelektriny sa môže objaviť v materiáloch akejkoľvek symetrie, čo z nej robilo vhodného kandidáta na vysvetlenie zvláštneho správania ľadu.

Do experimentu vložili blok ľadu medzi dve elektródy a sledovali, čo sa stane. Pri ohýbaní sa objavil elektrický potenciál pri každej testovanej teplote. „Merali sme elektrický náboj, ktorý vznikal pri ohýbaní bloku ľadu. Výsledky korešpondujú s tým, čo bolo pozorované pri zrážkach ľadových častíc v búrkach,“ vysvetlil Gustau Catalán, vedúci skupiny Oxide Nanophysics na ICN2.

Tím objavil aj ďalšiu prekvapivú vlastnosť. Pri extrémne nízkych teplotách, pod -113 °C, sa na povrchu ľadu vytvorila tenká vrstva s ferolelektrickými vlastnosťami. To znamená, že povrch ľadu dokáže vytvoriť prirodzenú elektrickú polarizáciu, ktorú možno zmeniť pôsobením vonkajšieho poľa – podobne ako sa dajú preklopiť póly magnetu.

Význam objavu

Podľa Xin Wena tak ľad môže mať dva spôsoby, ako generovať elektrinu – flexoelektrinu pri vyšších teplotách až po bod mrazu a ferolelektrinu pri extrémnom chlade.

Výsledky radia ľad medzi pokročilé elektroceramické materiály, akým je napríklad oxid titaničitý, využívaný v senzoroch a kondenzátoroch. Kombinácia dvoch elektrických javov v jednom bežnom materiáli ukazuje, že ľad je omnoho všestrannejší, než sme si doteraz mysleli. Objav tak nielen mení pohľad na základnú fyziku ľadu, ale otvára aj dvere k potenciálnym aplikáciám v technológiách budúcnosti.

Čítajte viac z kategórie: Novinky