Электрический лёд
Электрический лёд
Кирилл Казаков Опубликована 25.09.2025 в 7:10

Искра в сердце льда: замёрзший кристалл оказался генератором электричества

Nature Physics: лёд оказался флексоэлектриком и может генерировать электричество

Лёд — один из самых привычных материалов на Земле. Он встречается в ледниках, горах, на полюсах. Но, несмотря на кажущуюся простоту, этот материал продолжает удивлять исследователей. Недавнее международное исследование показало: лёд способен вырабатывать электричество при неравномерной деформации.

Результаты работы, опубликованные в журнале Nature Physics, открывают новые перспективы для технологий и помогают объяснить такие природные явления, как образование молний.

Что такое флексоэлектричество

Флексоэлектрический эффект возникает, когда материал генерирует электрический заряд под действием неоднородной деформации. До сих пор он был известен в основном для электрокерамики, например для диоксида титана.

"Мы обнаружили, что лёд генерирует электрический заряд в ответ на механическое воздействие при любой температуре", — пояснил доктор Синь Вэнь из ICN2.

Учёные также выявили тонкий сегнетоэлектрический слой на поверхности льда при температуре ниже -113 °C, который может менять поляризацию под воздействием внешнего поля.

Сравнение свойств льда и других материалов

Материал Свойства Применение
Лёд Флексоэлектрический, сегнетоэлектрический при низких T Потенциальные датчики, генерация зарядов
Диоксид титана Сильный пьезо- и флексоэлектрик Конденсаторы, сенсоры
Кварц Пьезоэлектрический Часы, электроника

Таким образом, лёд неожиданно оказался в одном ряду с материалами, активно используемыми в электронике.

Лёд и молнии

Одним из ключевых выводов исследования стала возможная связь флексоэлектричества с электризацией облаков.

"Результаты совпадают с теми, что получены при столкновении частиц льда во время грозы", — отметил профессор ICREA Густаву Каталан, руководитель группы нанофизики оксидов в ICN2.

Известно, что молнии возникают при накоплении потенциала в облаках. Долгое время оставалось загадкой, как частицы льда заряжаются, ведь лёд не является пьезоэлектриком. Теперь же учёные предполагают: электрический заряд появляется именно из-за изгиба и деформации льдинок при столкновении.

Советы шаг за шагом: как исследовать флексоэлектричество

  1. Приготовить образец льда в виде пластины.

  2. Поместить его между металлическими пластинами.

  3. Создать механический изгиб или давление.

  4. Подключить измерительный прибор для фиксации потенциала.

  5. Сравнить данные с наблюдаемыми эффектами в атмосфере.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

  • Ошибка: рассматривать лёд как "пассивный" материал.
    → Последствие: недооценка его свойств.
    → Альтернатива: учитывать флексоэлектричество в климатических моделях.

  • Ошибка: искать только пьезоэлектрический эффект.
    → Последствие: упущенные объяснения природных явлений.
    → Альтернатива: анализировать другие электромеханические свойства.

  • Ошибка: не учитывать температурные границы.
    → Последствие: неточности при моделировании.
    → Альтернатива: изучать эффекты при разных температурах от -113 °C до 0 °C.

А что если…

А что если использовать лёд как рабочий элемент в датчиках или генераторах энергии? Такие устройства можно было бы применять в условиях низких температур — в Арктике или в космосе.

Плюсы и минусы

Плюсы Минусы
Экологичность и доступность Ограничения по температуре
Возможность генерации заряда Хрупкость материала
Связь с природными процессами Нужна среда с холодным климатом
Перспективы новых технологий Сложность применения в быту

FAQ

Что означает флексоэлектрический лёд?
Это значит, что лёд способен генерировать электрический заряд при неравномерном изгибе.

Может ли это объяснить молнии?
Да, столкновения льдинок в облаках вызывают изгиб и заряд, что может запускать процесс образования молний.

Есть ли практическое применение?
Исследования только начались, но возможны датчики и устройства, работающие в холодной среде.

Мифы и правда

  • Миф: лёд — электрически инертный материал.
    Правда: он генерирует заряд при деформации.

  • Миф: молнии объясняются только трением льда.
    Правда: флексоэлектрический эффект может быть ключевым механизмом.

  • Миф: электромеханические свойства характерны только для керамики.
    Правда: лёд демонстрирует схожие эффекты.

Три интересных факта

  1. Флексоэлектричество проявляется в льду при температурах до 0 °C.

  2. При температуре ниже -113 °C появляется сегнетоэлектрический слой.

  3. Лёд можно сравнить с диоксидом титана по электромеханическим свойствам.

Исторический контекст

Обычный лёд казался слишком изученным материалом, но открытия последнего десятилетия показывают обратное. Работы с участием Университета Алабамы в Бирмингеме, Сианьского университета Цзяотун и Университета Стоуни-Брук впервые поставили его в один ряд с передовыми электроактивными материалами.

Теперь лёд стал не просто природным объектом, но и потенциальной технологической платформой.

Читайте также

The Conversation: скрипки составляют самую большую секцию оркестра сегодня в 7:18
Тихий переворот на сцене: как скрипачи правят оркестром, оставаясь в тени дирижёра

Почему в оркестре больше всего скрипачей? Истоки этого феномена кроются в истории, акустике и балансе звука, формировавшихся веками.

Читать полностью »
Science Advances: генетический анализ подтвердил тройное происхождение японцев сегодня в 5:15
Японская ДНК шокировала науку: в генах нашли следы древнего народа, исчезнувшего без следа

Учёные из RIKEN раскрыли тайну происхождения японцев. Исследование ДНК показало, что население Японии сформировалось из трёх древних народов, а не двух.

Читать полностью »
Journal of Clinical Psychology: вера в свои силы помогает улучшить настроение сегодня в 3:52
Настроение лечит не терапия, а уверенность: обманите мозг — и радость вернётся быстрее грусти

Учёные из Университета штата Огайо выяснили, что лучший способ улучшить настроение — использовать методы, которые вы считаете своими сильными сторонами.

Читать полностью »
PLOS ONE: люди переоценивают объём информации при принятии решений сегодня в 1:50
Мозг обманывает вас: уверенность в своей правоте искажает реальность и мешает видеть истину

Учёные выяснили, почему мы уверены в своей правоте, даже не обладая всей информацией. Новый эксперимент раскрывает механизм иллюзии достаточности знаний.

Читать полностью »
Scientific Reports: искусственный интеллект анализирует, обучение младенцев вчера в 23:17
ИИ заглянул в детство: движения младенцев раскрыли тайну появления человеческого разума

Учёные с помощью ИИ выяснили, что движения ног младенцев играют ключевую роль в раннем обучении и взаимодействии с миром.

Читать полностью »
Cell: учёные составили карту связи между продуктами и микробиотой кишечника вчера в 21:55
Персональная диета будущего: ваш кишечник сам выбирает продукты, чтобы вы были на пике здоровья

Учёные из Йельского университета создали первую карту взаимодействия между пищей и микробиомом кишечника. Она может стать основой персонализированных диет.

Читать полностью »
Nature Communications: яд чёрной вдовы нарушает передачу нервных сигналов вчера в 19:39
Взлом на молекулярном уровне: яд чёрной вдовы пробивает мембраны как миниатюрный шприц

Учёные расшифровали, как яд чёрной вдовы разрушает нервную систему. Криоэлектронная микроскопия показала, как токсин создаёт смертельные каналы.

Читать полностью »
Current Biology: птерозавры выросли до гигантов благодаря жизни на земле вчера в 17:38
Не небо, а земля сделала их великанами: именно шаг, а не полёт подарил им силу гигантов

Учёные выяснили, что именно способность ходить по земле помогла птерозаврам вырасти до гигантских размеров и стать величайшими летающими существами мезозоя.

Читать полностью »