به گزارش تجارت نیوز، یخ همیشه برای ما نماد سکون و بی‌تحرکی بوده است؛ از تکه‌های کوچک در لیوان نوشیدنی گرفته تا کوه‌های یخی عظیم در قطب شمال. اما پژوهشی تازه نشان می‌دهد این ماده ظاهراً بی‌جان، در دل خود رفتاری شگفت‌انگیز پنهان کرده است: توانایی تولید برق. به بیان ساده، اگر یخ را خم کنید یا بکشید، می‌تواند جریان الکتریکی تولید کند. این یافته نه تنها پرسش‌های تازه‌ای درباره ویژگی‌های پنهان آب و یخ مطرح کرده، بلکه افق‌های جدیدی برای استفاده‌های فناورانه پیش روی دانشمندان گذاشته است.
یخ چگونه برق تولید می‌کند؟
بر اساس تحقیق مشترک میان مؤسسه نانوعلوم کاتالونیا (ICN2) اسپانیا، دانشگاه ژی‌آن چین و دانشگاه استونی بروک آمریکا، یخ می‌تواند از طریق دو مکانیزم مختلف الکتریسیته تولید کند:
- فلکسوالکتریسیته (Flexoelectricity) در دماهای بالاتر – یعنی توانایی تولید بار الکتریکی زمانی که ماده خم، کشیده یا پیچانده می‌شود.
- فروالکتریسیته (Ferroelectricity) در دماهای بسیار پایین‌تر از ۱۱۳- درجه سانتی‌گراد – حالتی که سطح یخ به‌طور طبیعی قطبش الکتریکی پیدا می‌کند.
این نتایج نشان می‌دهد که یخ نه تنها یک ماده غیرفعال نیست، بلکه در دسته مواد پیشرفته‌ای قرار می‌گیرد که در صنایع الکترونیک، حسگرها و حتی تولید انرژی‌های نو می‌توانند نقش ایفا کنند.
چرا یخ برای فیزیکدانان معما بود؟
دهه‌هاست که دانشمندان می‌دانند مولکول‌های آب ذاتاً قطبی هستند، اما در ساختار کریستالی یخ، این قطبیت‌ها یکدیگر را خنثی می‌کنند. به همین دلیل، انتظار نمی‌رفت یخ خاصیت پیزوالکتریک داشته باشد (تولید برق بر اثر فشار مکانیکی).
با این حال، پدیده‌هایی مانند رعد و برق در طوفان‌های شدید بارها نشان داده‌اند که ذرات یخ می‌توانند بار الکتریکی تولید کنند. این تناقض سال‌ها بی‌پاسخ مانده بود. پژوهش تازه با معرفی نقش فلکسوالکتریسیته، گره این معما را باز کرده است.
آزمایش‌ها چه نشان دادند؟
در آزمایش انجام‌شده، یک قطعه یخ بین دو الکترود فلزی قرار گرفت. سپس با اعمال خمیدگی و تغییر شکل مکانیکی، محققان ولتاژ الکتریکی اندازه‌گیری کردند. نکته جالب این بود که در تمام دماهای آزمایش‌شده (از صفر درجه تا دماهای بسیار پایین‌تر)، الکتریسیته تولید شد.
پروفسور گوستاو کاتالان، سرپرست گروه تحقیق، توضیح می‌دهد:
«پتانسیل الکتریکی ایجادشده در یخ به‌طور شگفت‌انگیزی مشابه نتایجی بود که قبلاً در برخورد ذرات یخ در رعد و برق دیده شده بود.»
یخ در دماهای بسیار پایین چه رفتاری دارد؟
یکی از یافته‌های جالب این پژوهش، مشاهده لایه‌ای فروالکتریک در سطح یخ در دمای کمتر از ۱۱۳- درجه سانتی‌گراد بود. این ویژگی به یخ امکان می‌دهد تا همانند یک آهنربا، قطبش خود را تغییر دهد. به بیان ساده، سطح یخ در چنین شرایطی می‌تواند به طور طبیعی بار الکتریکی تولید کرده و حتی آن را تحت تأثیر میدان خارجی جابه‌جا کند.
اهمیت این کشف برای علم و فناوری
این کشف، یخ را در کنار موادی مانند دی‌اکسید تیتانیوم (TiO₂) قرار می‌دهد؛ موادی که سال‌هاست در صنایع الکترونیک، حسگرها و تجهیزات پزشکی به‌کار می‌روند.
- یخ می‌تواند به عنوان منبع الکتریسیته در شرایط طبیعی مانند ابرهای طوفانی عمل کند.
- قابلیت ترکیب دو مکانیزم (فلکسوالکتریسیته + فروالکتریسیته) نشان می‌دهد که یخ از آنچه تصور می‌شد، تطبیق‌پذیرتر و پیچیده‌تر است.
- نتایج به دانشمندان کمک می‌کند تا مدل‌های دقیق‌تری از رفتار یخ در اتمسفر زمین بسازند. این موضوع می‌تواند در پیش‌بینی طوفان‌ها و حتی تغییرات اقلیمی نقش مهمی داشته باشد.
طبق گزارش منتشرشده در مجله Nature Physics، این یافته‌ها می‌تواند در آینده به طراحی حسگرهای جدید، ابزارهای ذخیره انرژی، و شاید حتی منابع کوچک تولید برق از یخ منجر شود.
کشف جدید دانشمندان نشان می‌دهد که یخ فقط یک ماده سرد و بی‌جان نیست، بلکه رفتاری فعال و پیچیده دارد. توانایی تولید برق از طریق خم شدن یا کشیده شدن، و ایجاد قطبش الکتریکی در دماهای بسیار پایین، درک ما را از یکی از رایج‌ترین مواد روی زمین متحول می‌کند. این پژوهش علاوه بر حل یک معمای دیرینه علمی، مسیر تازه‌ای برای فناوری‌های آینده باز کرده است. شاید روزی فرا برسد که حتی تکه‌های یخ در طبیعت یا در صنایع، به منابع کوچک اما کاربردی برق تبدیل شوند.
