Ο πάγος μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν λυγίσει, μια διαδικασία που ονομάζεται φλεξοηλεκτρισμός. Η ανακάλυψη συνδέεται με τον σχηματισμό κεραυνών και μελλοντικές εφαρμογές συσκευών.
Τα μυστικά του πάγου
Ο πάγος είναι από τα πιο συνηθισμένα υλικά στη Γη, καλύπτοντας παγετώνες, οροσειρές και τις πολικές περιοχές. Παρά την οικειότητά του, η συνεχιζόμενη έρευνα συνεχίζει να αποκαλύπτει εκπληκτικές πτυχές της συμπεριφοράς του. Μια ομάδα από το ICN2 στην πανεπιστημιούπολη UAB, το Πανεπιστήμιο Xi'an Jiaotong (Xi'an) και το Πανεπιστήμιο Stony Brook (Νέα Υόρκη) απέδειξε για πρώτη φορά ότι ο κανονικός πάγος εμφανίζει φλεξοηλεκτρισμό. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να παράγει ηλεκτρικό φορτίο όταν λυγίζει μηχανικά ή παραμορφώνεται ανομοιόμορφα. Το εύρημα έχει πιθανές εφαρμογές σε μελλοντικές τεχνολογίες και μπορεί επίσης να βοηθήσει στην αποσαφήνιση φυσικών διεργασιών όπως ο σχηματισμός κεραυνών κατά τη διάρκεια καταιγίδων.
Η εργασία, που δημοσιεύτηκε στο Nature Physics, αποτελεί σημαντική πρόοδο στην κατανόηση της ηλεκτρομηχανικής συμπεριφοράς του πάγου.
«Ανακαλύψαμε ότι ο πάγος παράγει ηλεκτρικό φορτίο ως απόκριση σε μηχανική καταπόνηση σε όλες τις θερμοκρασίες. Επιπλέον, εντοπίσαμε ένα λεπτό «σιδηροηλεκτρικό» στρώμα στην επιφάνεια σε θερμοκρασίες κάτω των -113ºC (160K). Αυτό σημαίνει ότι η επιφάνεια του πάγου μπορεί να αναπτύξει μια φυσική ηλεκτρική πόλωση, η οποία μπορεί να αντιστραφεί όταν εφαρμόζεται ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο - παρόμοιο με το πώς μπορούν να αντιστραφούν οι πόλοι ενός μαγνήτη. Η επιφανειακή σιδηροηλεκτρική ενέργεια είναι μια ενδιαφέρουσα ανακάλυψη από μόνη της, καθώς σημαίνει ότι ο πάγος μπορεί να έχει όχι μόνο έναν τρόπο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας αλλά δύο: σιδηροηλεκτρική ενέργεια σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και φλεξοηλεκτρική ενέργεια σε υψηλότερες θερμοκρασίες έως και 0 °C», δήλωσε ο Δρ Xin Wen, επικεφαλής ερευνητής από την Ομάδα Νανοφυσικής Οξειδίων ICN2.
Οι ικανότητες του πάγου
Αυτή η διπλή ικανότητα τοποθετεί τον πάγο δίπλα σε ηλεκτροκεραμικά υλικά όπως το διοξείδιο του τιτανίου, τα οποία χρησιμοποιούνται ήδη σε προηγμένες τεχνολογίες όπως αισθητήρες και πυκνωτές.
Ένα από τα πιο εντυπωσιακά αποτελέσματα αυτής της έρευνας είναι η σύνδεσή του με φυσικές διεργασίες. Τα ευρήματα δείχνουν ότι η φλεξοηλεκτρική συμπεριφορά του πάγου μπορεί να συμβάλλει στη συσσώρευση ηλεκτρικού φορτίου στα σύννεφα καταιγίδας, ενδεχομένως παίζοντας ρόλο στον τρόπο με τον οποίο παράγονται οι κεραυνοί.
Είναι γνωστό ότι οι κεραυνοί σχηματίζονται όταν συσσωρεύεται ηλεκτρικό δυναμικό στα σύννεφα λόγω συγκρούσεων μεταξύ σωματιδίων πάγου, τα οποία φορτίζονται ηλεκτρικά. Αυτό το δυναμικό στη συνέχεια απελευθερώνεται ως κεραυνός. Ωστόσο, ο μηχανισμός με τον οποίο τα σωματίδια πάγου φορτίζονται ηλεκτρικά παρέμεινε ασαφής, καθώς ο πάγος δεν είναι πιεζοηλεκτρικός - δεν μπορεί να παράγει φορτίο απλώς συμπιεσμένο κατά τη διάρκεια μιας σύγκρουσης.
Ηλεκτρισμένος πάγος
Ωστόσο, η μελέτη δείχνει ότι ο πάγος μπορεί να φορτιστεί ηλεκτρικά όταν υποβάλλεται σε ανομοιογενείς παραμορφώσεις, δηλαδή όταν κάμπτεται ή παραμορφώνεται ακανόνιστα.
«Κατά τη διάρκεια της έρευνάς μας, μετρήθηκε το ηλεκτρικό δυναμικό που παράγεται από την κάμψη μιας πλάκας πάγου. Συγκεκριμένα, το μπλοκ τοποθετήθηκε ανάμεσα σε δύο μεταλλικές πλάκες και συνδέθηκε με μια συσκευή μέτρησης. Τα αποτελέσματα συμφωνούν με αυτά που παρατηρήθηκαν προηγουμένως σε συγκρούσεις πάγου-σωματιδίων σε καταιγίδες», εξηγεί ο καθηγητής Gustau Catalán του ICREA, επικεφαλής της Ομάδας Νανοφυσικής Οξειδίων στο ICN2.
Επιπτώσεις και μελλοντικές εφαρμογές
Έτσι, τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η φλεξοηλεκτρική ενέργεια θα μπορούσε να είναι μια πιθανή εξήγηση για τη δημιουργία του ηλεκτρικού δυναμικού που οδηγεί σε κεραυνούς κατά τη διάρκεια καταιγίδων.
Οι ερευνητές της ομάδας διερευνούν ήδη νέες κατευθύνσεις έρευνας που στοχεύουν στην αξιοποίηση αυτών των ιδιοτήτων του πάγου για εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο. Αν και είναι ακόμη λίγο νωρίς για να συζητηθούν πιθανές λύσεις, αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για την ανάπτυξη νέων ηλεκτρονικών συσκευών που χρησιμοποιούν πάγο ως ενεργό υλικό, οι οποίες θα μπορούσαν να κατασκευαστούν απευθείας σε ψυχρά περιβάλλοντα.
www.worldenergynews.gr
