سالهاست که ما یخ را به عنوان ماده ای جامد ، سرد و ناکارآمد می شناسیم. چیزی که نوشیدنی های ما را خنک می کند یا کوه و یخچال را تشکیل می دهد. اما یک مطالعه جدید نشان داده است که این ماده آشنا اسرار الکتریکی شگفت انگیز را پنهان کرده است.
به گفته اخبار تجاری ، یخ همیشه نمادی از بی قرار بودن برای ما بوده است. از قطعات کوچک در لیوان نوشیدنی گرفته تا کوه های یخ عظیم در قطب شمال. اما یک مطالعه جدید نشان می دهد که این ماده ظاهراً بی جان در قلب آن پنهان شده است: توانایی تولید برق. به عبارت ساده تر ، اگر یخ را خم کرده اید یا می کشید ، می تواند جریان الکتریکی تولید کند. این یافته نه تنها سؤالات جدیدی را در مورد ویژگی های پنهان آب و یخ ایجاد کرده است ، بلکه افق های جدیدی را برای استفاده های تکنولوژیکی برای دانشمندان فراهم کرده است.
چگونه یخ برق تولید می کند؟
طبق تحقیقات مشترک بین انستیتوی تغذیه کاتالونیا (ICN2) ، دانشگاه جیان چین و دانشگاه استونی بروک آمریکا ، ICE می تواند از طریق دو مکانیسم برق مختلف تولید کند:
- فلکسوالکتیک در دماهای بالاتر – یعنی توانایی تولید بار الکتریکی هنگام کشش یا بسته بندی مواد.
- فروالکتیک در دماهای بسیار زیر 5 درجه سانتیگراد – حالت که سطح یخ به طور طبیعی قطبش الکتریکی را پیدا می کند.
این نتایج نشان می دهد که یخ نه تنها یک ماده منفعل است ، بلکه در دسته مواد پیشرفته است که می تواند در الکترونیک ، سنسورها و حتی تولید انرژی جدید نقش داشته باشد.
چرا معما یخ برای فیزیکدانان بود؟
برای چندین دهه ، دانشمندان می دانند که مولکول های آب ذاتاً قطبی هستند ، اما در ساختار کریستالی یخ ، این قطبش ها یکدیگر را خنثی می کنند. به همین دلیل انتظار نمی رفت که یخ دارای خواص پیزو الکتریک (تولید برق به دلیل فشار مکانیکی) باشد.
با این حال ، پدیده هایی مانند رعد و برق در طوفان های شدید بارها نشان داده اند که ذرات یخ می توانند بارهای الکتریکی تولید کنند. این تناقض سالها بی پاسخ بود. تحقیقات جدید با معرفی نقش پزشکی فلکسال ، رمز و راز را باز کرده است.
آزمایشات چه چیزی نشان داده است؟
در آزمایش ، یک تکه یخ بین دو الکترود فلزی قرار گرفت. سپس ، با انحنای و تغییر شکل مکانیکی ، محققان ولتاژ الکتریکی را اندازه گیری کردند. نکته جالب این بود که برق در تمام دمای آزمایش شده (از درجه صفر تا دمای بسیار پایین تر) تولید می شود.
پروفسور گوستاو کاتالان ، رئیس گروه تحقیقاتی ، توضیح می دهد:
“پتانسیل الکتریکی ایجاد شده در یخ به طور شگفت آور شبیه به نتایج قبلی بود که در برخورد ذرات یخ در رعد و برق دیده شده بود.”
یخ در دمای بسیار پایین چه کاری انجام می دهد؟
یکی از یافته های جالب این مطالعه مشاهده یک لایه سطح یخ در دمای زیر -5 درجه سانتیگراد است. این ویژگی به یخ اجازه می دهد تا قطبش خود را مانند یک آهنربا تغییر دهد. به عبارت ساده ، سطح یخ در چنین شرایطی می تواند به طور طبیعی بار الکتریکی ایجاد کند و حتی آن را تحت تأثیر میدان خارجی حرکت دهد.
اهمیت این کشف برای علم و فناوری
این کشف یخ را در کنار موادی مانند دی اکسید تیتانیوم (TIO₂) قرار می دهد. موادی که سالها در الکترونیک ، سنسورها و تجهیزات پزشکی استفاده می شود.
- یخ می تواند به عنوان منبع برق در شرایط طبیعی مانند ابرهای طوفانی عمل کند.
- توانایی ترکیب دو مکانیسم (انعطاف پذیری + فروسیکیسم) نشان می دهد که یخ از آنچه تصور می شد سازگار و پیچیده تر است.
- این نتایج به دانشمندان کمک می کند تا مدل های دقیق تری از رفتار یخ را در جو زمین بسازند. این می تواند نقش مهمی در پیش بینی طوفان ها و حتی تغییرات آب و هوایی داشته باشد.
براساس گزارشی که در مجله Nature Physics منتشر شده است ، این یافته ها می تواند به طراحی آینده سنسورهای جدید ، ابزارهای ذخیره انرژی و حتی شاید منابع کوچک تولید برق یخ منجر شود.
کشف جدید دانشمندان نشان می دهد که یخ فقط یک ماده سرد و بی جان نیست بلکه یک رفتار فعال و پیچیده است. توانایی تولید برق با خم یا کشش و ایجاد قطبش الکتریکی در دماهای بسیار پایین ، درک ما از یکی از رایج ترین مواد روی زمین را تغییر می دهد. این مطالعه علاوه بر حل یک معمای علمی طولانی ، مسیر جدیدی را برای فن آوری های آینده قرار داده است. ممکن است روزی حتی تکه های یخ در طبیعت یا صنایع به منابع کوچک اما عملی برق تبدیل شوند.
