ICN2 tarafından yönlendirilen bir çalışma, buzun fleksoelektrik bir malzeme olduğunu ortaya koymaktadır, yani eşit olmayan bir şekilde deforme olduğunda elektrik üretebilir. Yayınlandı Doğa fiziğibu keşif, yıldırım gibi doğal fenomenlere ışık tutarken büyük teknolojik etkileri olabilir.
Dondurulmuş su, dünyadaki en bol maddelerden biridir. Buzullarda, dağ zirvelerinde ve kutup buz kapaklarında bulunur. İyi bilinen bir malzeme olmasına rağmen, özelliklerini incelemek büyüleyici sonuçlar vermeye devam etmektedir.
UAB kampüsünde ICN2’yi içeren uluslararası bir çalışma, Xi’an Jiaotong Üniversitesi (Xi’an) ve Stony Brook Üniversitesi (New York), ilk kez sıradan buzun fleksoelektrik bir malzeme olduğunu göstermiştir.
Başka bir deyişle, mekanik deformasyona maruz kaldığında elektrik üretebilir. Bu keşif, gelecekteki teknolojik cihazların geliştirilmesi için önemli etkileri olabilir ve fırtınalarda yıldırım oluşumu gibi doğal fenomenleri açıklamaya yardımcı olabilir.
Çalışma, buzun elektromekanik özelliklerini anlamamızda ileriye doğru önemli bir adımdır.
ICN2 oksit nanofizik grubunun bir üyesi olan Dr. Xin Wen, “Buzun tüm sıcaklıklarda mekanik strese yanıt olarak elektrik yükü ürettiğini keşfettik. Buna ek olarak, yüzeyde -113ºC’nin (160K) altındaki sıcaklıklarda ince bir ‘ferroelektrik’ tabakası belirledik.”
“This means that the ice surface can develop a natural electric polarization, which can be reversed when an external electric field is applied—similar to how the poles of a magnet can be flipped. The surface ferroelectricity is a cool discovery in its own right, as it means that ice may have not just one way to generate electricity, but two: ferroelectricity at very low temperatures, and flexoelectricity at higher temperatures all the way to 0 ° C. “
Bu özellik, şu anda sensörler ve kapasitörler gibi ileri teknolojilerde kullanılan titanyum dioksit gibi elektrokeramik malzemelerle buz yerleştirir.
Buz, fleksoelektrik ve fırtınalar
Bu keşfin en şaşırtıcı yönlerinden biri doğa ile bağlantısıdır. Çalışmanın sonuçları, buzun fleksoelektrikliğinin, fırtınalar sırasında ve dolayısıyla şimşek kaynağında bulutların elektrifikasyonunda rol oynayabileceğini düşündürmektedir.
Elektrikli yüklü olan buz parçacıkları arasındaki çarpışmalar nedeniyle bir elektrik potansiyeli bulutlarda biriktiğinde yıldırım oluştuğu bilinmektedir. Bu potansiyel daha sonra bir yıldırım grevi olarak yayınlanır. Bununla birlikte, buz parçacıklarının elektriksel olarak yüklendiği mekanizma belirsiz kalmıştır, çünkü buz piezoelektrik olmadığı için – bir çarpışma sırasında sıkıştırılarak yük üretemez.
Bununla birlikte, çalışma buzun homojen olmayan deformasyonlara maruz kaldığında, yani düzensiz bir şekilde büküldüğünde veya deforme olduğunda elektriksel olarak yüklenebileceğini göstermektedir.
“Araştırmamız sırasında, bir buz levhası bükerek üretilen elektrik potansiyeli ölçüldü. Özellikle, blok iki metal plaka arasına yerleştirildi ve bir ölçüm cihazına bağlandı. Sonuçlar, ICN2’deki oksit nanofizik grubunun lideri Icrea Prof. Gustau Catalán.
Bu nedenle, sonuçlar fleksoelektrikliğin fırtınalar sırasında yıldırımlara yol açan elektrik potansiyelinin üretimi için olası bir açıklama olabileceğini düşündürmektedir.
Gruptaki araştırmacılar, gerçek dünya uygulamaları için buzun bu özelliklerinden yararlanmayı amaçlayan yeni araştırma çizgilerini zaten araştırıyorlar.
Potansiyel çözümleri tartışmak için hala biraz erken olmasına rağmen, bu keşif, buzu doğrudan soğuk ortamlarda üretilebilen aktif bir malzeme olarak kullanan yeni elektronik cihazların geliştirilmesinin yolunu açabilir.
