Nghiên cứu mới của Viện Công nghệ Nanoscience và Nanotechnology Catalan (ICN2) phát hiện băng tạo điện khi chịu lực bẻ cong nhờ hiệu ứng flexođiện. Đồng thời, một lớp ferroelectric bề mặt chỉ xuất hiện dưới -113 °C được xác nhận. Phát hiện mở ra cơ chế tích điện đám mây và khả năng ứng dụng băng trong thiết bị điện tử lạnh.
Điểm nổi bật:
- Băng tạo ra điện khi bị bẻ cong nhờ hiệu ứng flexođiện.
- Một lớp ferroelectric mỏng xuất hiện trên bề mặt băng dưới -113 °C.
- Hiệu ứng flexođiện và ferroelectric giúp lý giải tích điện mây và hình thành sét.
- Tính chất điện của băng tương đương với gốm điện tử như titanium dioxide.
- Khả năng ứng dụng băng trong thiết bị điện tử dành cho môi trường lạnh.
Một nghiên cứu mới cho thấy băng tạo ra điện khi bị bẻ cong.
Băng nước rất phổ biến trên Trái Đất, là một trong những chất rắn lan rộng nhất. Do tầm quan trọng của nước đối với sự sống và vai trò của băng đối với khí hậu, con người đã nghiên cứu kỹ lưỡng vật liệu này.
"Mặc dù có nhiều nghiên cứu và lượng kiến thức lớn về băng, các pha mới và tính chất bất thường vẫn [tiếp tục được khám phá], cho thấy hiểu biết của chúng ta về vật liệu phổ biến này còn chưa hoàn thiện," các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Nanoscience và Nanotechnology Catalan (ICN2) giải thích trong nghiên cứu mới.
Chúng ta thực sự biết rằng băng hình lục giác (băng Ih) không có tính áp điện (piezoelectric). Hiện tượng áp điện xảy ra khi một số vật liệu như tinh thể hoặc gốm tạo ra điện dưới tác động cơ học.
Theo các quy tắc Bernal–Fowler, mặc dù mỗi phân tử nước có tính phân cực, băng Ih không có cấu trúc dài hạn của các dipol, dẫn đến không áp điện vĩ mô giúp tích điện.
Tuy nhiên, băng vẫn được biết là tạo ra điện khi chịu ứng suất cơ học trong tự nhiên, ví dụ như va chạm giữa các hạt băng trong mây gây tích điện và phóng điện thành sét.
Trong loạt thí nghiệm, khối băng được đặt giữa hai bản kim loại và đo điện thế sinh ra khi bẻ cong. Kết quả khớp với dữ liệu quan sát được trong va chạm hạt băng của giông bão.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu phát hiện một lớp ferroelectric rất mỏng trên bề mặt băng khi nhiệt độ dưới -113 °C, cho phép bề mặt băng có phân cực điện tự nhiên và có thể đảo cực dưới điện trường ngoài.
Nghiên cứu cũng cho thấy hiệu ứng flexoelectric xuất hiện ở mọi nhiệt độ đến 0 °C, nghĩa là băng có thể tạo điện theo hai cơ chế: ferroelectric ở nhiệt độ rất thấp và flexoelectric ở nhiệt độ cao hơn.
Nghiên cứu được công bố trong Nature Physics.
Tác động tiềm năng tại thị trường Việt Nam
Việc khám phá hiệu ứng flexođiện và tính ferroelectric của băng không chỉ mở ra cách nhìn mới về cơ chế hình thành sét trong những cơn giông bão mà còn gợi ý tiềm năng ứng dụng cho công nghệ cảm biến và thiết bị lưu trữ năng lượng trong môi trường lạnh. Tại Việt Nam, mặc dù khí hậu nhiệt đới không thuận lợi cho việc sản xuất hoặc khai thác băng tự nhiên, nghiên cứu này khuyến khích phát triển vật liệu mô phỏng tính chất băng để ứng dụng trong đảo vùng núi cao hoặc trạm nghiên cứu khí hậu. Bên cạnh đó, hiểu rõ cơ chế tích điện tự nhiên trong mây cơn có thể cải thiện dự báo sét và giảm thiểu thiệt hại do sét đánh, góp phần tăng cường an toàn cho các hoạt động nông nghiệp, hàng không và cư dân sống gần khu vực thường xuyên có giông bão.
