Лёд, который шокирует: как холод превращается в электричество

Вы когда-нибудь задумывались, может ли лёд генерировать электричество? Учёные из нескольких стран доказали: да, может! Это открытие не только расширяет наши знания о свойствах воды в твёрдом состоянии, но и помогает понять, как возникают молнии в грозу.

Лёд — флексоэлектрический материал

Международная команда исследователей из Каталонского института нанонауки и нанотехнологий (ICN2), Сианьского университета Цзяотун и Университета Стоуни-Брук впервые показала, что обычный лёд способен вырабатывать электрический заряд при механической деформации. Это явление называется флексоэлектричеством.

Проще говоря, если лёд подвергается неравномерному изгибу или деформации, он начинает генерировать электричество. Такое свойство ранее не приписывали льду, хотя оно характерно для некоторых специальных материалов.

Двойная природа электричества льда

"Мы обнаружили, что лёд создаёт электрический заряд при механическом напряжении при любых температурах", — рассказывает Синь Вэнь из ICN2. Но на этом удивительные свойства льда не заканчиваются.

При температурах ниже -113ºC на поверхности льда появляется тонкий слой с сегнетоэлектрическими свойствами. Это означает, что поверхность льда может иметь естественную электрическую поляризацию, которую можно изменить внешним электрическим полем — как меняют полюса магнита.

Таким образом, лёд обладает двумя способами генерации электричества:

• флексоэлектричество - при более высоких температурах, вплоть до 0 °C.
• сегнетоэлектричество - при очень низких температурах.

Это ставит лёд в один ряд с передовыми электрокерамическими материалами, такими как диоксид титана, которые уже применяются в современных технологиях.

Как это связано с молниями?

Одним из самых захватывающих аспектов открытия является его связь с природными явлениями. Учёные давно знают, что молнии возникают из-за накопления электрического заряда в облаках, но точный механизм зарядки ледяных частиц оставался загадкой.

Лёд не является пьезоэлектриком и не может генерировать заряд просто при сжатии. Однако новое исследование показывает, что при неравномерных деформациях — например, при изгибе — лёд способен создавать электрический потенциал.

Профессор Густаво Каталан из ICN2 объясняет, что они измеряли электрический потенциал, возникающий при изгибе ледяной пластины, помещённой между металлическими пластинами. Результаты совпадают с тем, что наблюдается при столкновениях частиц льда в грозовых облаках.

Таким образом, флексоэлектричество льда может быть ключом к пониманию того, как именно накапливается заряд в облаках, приводящий к молниям.

Взгляд в будущее: технологии на основе льда

Исследователи уже работают над тем, чтобы использовать эти уникальные свойства льда в практических целях. Хотя пока рано говорить о конкретных устройствах, потенциал огромен.

Возможно, в будущем появятся электронные приборы, в которых лёд станет активным материалом, работающим при низких температурах. Это может открыть новые горизонты для технологий, особенно в условиях холода.