Учёные доказали: лёд способен вырабатывать электричество при изгибе

Учёные подтвердили, что обычный лёд обладает свойством flexoelectricity — то есть способен производить электричество при неравномерной деформации. Данное открытие сделано в международной группе, которую со‑лидировали специалисты из Института нанонауки Каталонии (ICN2), Университета Барселоны (UAB), Университета Синьцзань Цзяотун (Китай) и Государственного университета Стоуни-Брук (США).

По результатам эксперимента, опубликованного в журнале Nature Physics, лёд при изгибе генерирует электрический заряд. Это свойство проявляется при любых температурах, однако учёные также выявили тонкий «ферроэлектрический» слой на поверхности льда ниже −113 °C (160 K). Он демонстрирует электрическую поляризацию, которую можно переключить при приложении внешнего электрического поля, по аналогии с переворотом магнитных полюсов.

Один из ведущих исследователей, доктор Син Вэн из группы Oxide Nanophysics ICN2, отметил, что лёд может генерировать заряд при механическом воздействии на любой отметке температур до 0 °C. Он также подчеркнул, что обнаруженная поверхностная ферроэлектричность — самостоятельное и важное открытие, поскольку означает наличие двух механизмов генерации электричества: flexoelectric — при изгибе, и ferroelectric — на поверхности при очень низких температурах.

Профессор Густава Каталан, руководитель той же группы ICN2, пояснил, что измерения показали электрический потенциал, возникающий при изгибе ледяного «блока», помещённого между металлическими пластинами и подключённого к измерительному устройству. Полученные данные соответствуют тем, что наблюдаются при столкновениях ледяных частиц в грозовых облаках.

Это открытие может помочь объяснить одну из загадок природы: как именно частицы льда приобретают заряд в облаках, если лёд не является пьезоэлектрическим материалом. Согласно данным исследования, заряд может возникать не при прессовании, а при неравномерной деформации, при изгибе или скручивании ледяных частиц.

Исследователи отмечают, что теперь лёд стоит наравне с электро-керамическими материалами вроде диоксида титана, которые широко применяются в сенсорах и конденсаторах.

Открытие flexoelectricity и поверхностной ферроэлектричности в льду предлагает новые направления для науки и техники. Возможны технологические применения в устройствах, работающих в холодных условиях, а также — улучшение понимания природных процессов, таких как электрификация облаков и молнии. У вещества, ранее считавшегося «просто льдом», выявлены сложные электрические свойства, расширяющие нашу картину действительности.