Il ghiaccio d’acqua non è completamente noto per la sua elasticità. In realtà, è esattamente l’opposto: duro e fragile, facile da rompere e staccare. Ecco perché si verificano valanghe e il ghiaccio marino si rompe.
È anche il motivo per cui la nuova ricerca è così interessante. Gli scienziati hanno appena sviluppato microfibre di ghiaccio d’acqua che possono piegarsi in un anello, rompendo lo stress massimo precedente di una proporzione significativa e aprendo nuove opportunità per esplorare la fisica del ghiaccio.
Il ghiaccio non si comporta sempre come ci aspettiamo, e la sua flessibilità, o meglio la sua mancanza, ne è un ottimo esempio. In teoria, la sollecitazione elastica massima dovrebbe essere di circa il 15%. Nel mondo reale, lo stress elastico massimo misurato era inferiore allo 0,3 percento. La ragione di questa discrepanza è che i cristalli di ghiaccio hanno difetti strutturali che ne aumentano la fragilità.
Quindi un team di ricercatori guidato dal nanoscienziato Peizhen Xu dell’Università di Zhejiang in Cina ha cercato di creare ghiaccio con il minor numero possibile di difetti strutturali.
L’esperimento consisteva in un ago di tungsteno in una stanza molto fredda, a una temperatura di circa meno 50 gradi Celsius, molto più fredda di quella che era stata provata in precedenza. Il vapore acqueo è stato rilasciato nella camera ed è stato applicato un campo elettrico. Questo ha attratto le molecole d’acqua sulla punta dell’ago, dove si sono cristallizzate, formando microfibre con una larghezza massima di circa 10 micrometri, più piccole della larghezza di un capello umano.
Il passo successivo è stato quello di abbassare la temperatura tra -70 e -150 gradi Celsius. A temperature così basse, i ricercatori hanno tentato di flettere le fibre di ghiaccio.
A una temperatura inferiore a 150 gradi Celsius, hanno scoperto che le microfibre con un diametro di 4,4 micrometri erano in grado di piegarsi in una forma approssimativamente circolare, con un raggio di 20 micrometri. Ciò indica una deformazione elastica massima del 10,9 percento, molto più vicina al limite teorico rispetto ai tentativi precedenti.
Ancora meglio, quando i ricercatori hanno rilasciato il ghiaccio, è tornato alla sua forma precedente.
Sebbene il ghiaccio possa sembrare lo stesso per noi, la sua struttura cristallina può variare leggermente. Ogni formazione di molecole in un cristallo di ghiaccio è nota come fase, e ne esiste un gran numero. Le transizioni tra le fasi possono verificarsi in una varietà di condizioni che hanno a che fare con la pressione e la temperatura.
Il team, con il ghiaccio flesso, ha osservato una tale transizione di fase, da una forma di ghiaccio nota come ghiaccio, dalla forma cristallina esagonale del ghiaccio regolare come si trova in natura, alla forma rombica الشكل Ghiaccio II, che è formato dalla compressione del ghiaccio Ih. Questa trasformazione si è verificata durante curve strette di microfibre ghiacciate a temperature inferiori a -70 ° C ed era anche reversibile.
I ricercatori hanno notato che questo potrebbe offrire un nuovo modo per studiare le transizioni di fase nel ghiaccio.
Infine, il team ha tentato di utilizzare il ghiaccio quasi perfetto come guida d’onda per la luce, collegando una luce ottica a un’estremità della microfibra. Molteplici lunghezze d’onda sono state trasmesse efficacemente come guide d’onda on-chip all’avanguardia come il nitruro di silicio e la silice, indicando che le fibre di ghiaccio fini potrebbero essere utilizzate come guida d’onda flessibile per lunghezze d’onda ottiche a temperature più basse.
“Possiamo immaginare di utilizzare gli IMF come sensori a bassa temperatura per studiare, ad esempio, l’adsorbimento molecolare sul ghiaccio, i cambiamenti ambientali, l’anisotropia strutturale e la deformazione della superficie del ghiaccio”, I ricercatori hanno scritto nel loro articolo.
“In sintesi, le microfibre di ghiaccio flessibili descritte qui possono fornire una piattaforma alternativa per esplorare la fisica del ghiaccio e aprire opportunità precedentemente inesplorate per la tecnologia relativa al ghiaccio in varie discipline”.
Molto bello.
La ricerca è stata pubblicata in Scienza.
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