Лед как источник электричества

10.09.2025

В природе многие явления долго остаются загадкой, даже если они кажутся очевидными. Грозовые разряды в облаках, например, уже давно связывают со столкновениями ледяных кристаллов. Но как именно частицы льда накапливают электрический заряд, ученым было неясно. Недавние эксперименты международной группы исследователей позволили пролить свет на эту тайну и показали, что лед обладает неожиданными свойствами, способными изменить наше понимание атмосферных процессов и открыть новые пути для практических технологий.

Специалисты установили, что при неравномерной деформации ледяных кристаллов возникает электрический потенциал. В отличие от простого сжатия, которое не вызывает появления заряда, изгиб или локальное смещение структуры льда способны порождать электричество. Такой эффект был зафиксирован в ходе экспериментов, проведенных специалистами Каталонского института нанонауки и нанотехнологий (ICN2), Сианьского университета Цзяотун и Университета Стоуни-Брук.

Руководитель исследовательской группы профессор Густау Каталан пояснил, что в лабораторных условиях пластина льда помещалась между двумя металлическими электродами и подключалась к измерительному устройству. При изгибании фиксировался стабильный электрический потенциал, и результаты полностью совпадали с теми явлениями, которые ранее наблюдали во время гроз. Это подтверждает, что молнии действительно могут зарождаться благодаря механическим деформациям ледяных частиц в облаках.

Ключевым открытием стало то, что у льда проявляется так называемая флексоэлектрика - способность генерировать электричество при изгибе. В отличие от пьезоэлектрических материалов, где эффект связан с изменением полярности под воздействием напряжения, флексоэлектрический механизм не требует строгой симметрии кристаллической решетки и может возникать в самых разных условиях. Именно это объясняет, почему лед оказался необычным, но эффективным генератором электричества.

Особый интерес вызвали наблюдения при экстремально низких температурах. Когда лед охлаждали до -113 °C, на его поверхности формировался тонкий сегнетоэлектрический слой. Ведущий автор исследования, нанофизик Синь Вэнь, отметил, что такая структура позволяет льду приобретать естественную электрическую поляризацию, которую можно изменять с помощью внешнего поля подобно тому, как полюса магнита можно перевернуть на противоположные.

Таким образом, у льда обнаружилось два механизма генерации энергии: сегнетоэлектрика в условиях сильного холода и флексоэлектрика при температурах ближе к нулю. Такая универсальность сближает лед с перспективными материалами, например с диоксидом титана, который активно используется при создании датчиков и накопителей энергии.

Это открытие не только расширяет фундаментальные знания о физических свойствах воды в твердом состоянии, но и подсказывает новые направления для инженерных разработок. Возможность использовать лед как активный материал в электронике или сенсорных системах пока звучит необычно, но в будущем подобные эффекты могут найти прикладное применение.

<< Назад: Первозданные магнитные поля 11.09.2025

>> Вперед: Трехэкранный ноутбук MAX16 Triple Screen Laptop 10.09.2025

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Цифровая рация Xiaomi Digital Walkie Talkie 05.10.2025

Компания Xiaomi представила современное устройство, объединившее классические принципы радиосвязи с возможностями цифровых технологий. Новинка под названием Xiaomi Digital Walkie Talkie демонстрирует, как привычные рации могут быть переосмыслены в духе времени. Устройство оснащено цветным дисплеем диагональю 1,57 дюйма, который отображает список контактов, параметры соединения и даже примерное местоположение собеседника. Такой подход превращает стандартную рацию в компактное средство связи, сочетающее функциональность смартфона и устойчивость профессиональной техники. Одним из ключевых преимуществ стала высокая автономность. Встроенный аккумулятор емкостью 2500 мА·ч обеспечивает до 100 часов работы в режиме ожидания и около 14 часов непрерывных разговоров, что особенно важно в экспедициях, на дальних маршрутах или в зонах, где подзарядка невозможна. Согласно данным портала unionrayo.com, такое время работы выгодно отличает устройство от большинства аналогов. По дальности дейст ...>>

Открыт обращаемый драйвер старения 04.10.2025

Недавняя работа ученых из Сямэньского университета в Китае показала, что в гипоталамусе, главном регуляторе внутренних функций организма, кроется один из ключей к продлению молодости. Команда под руководством Лиге Ленга обнаружила, что снижение уровня белка менина в гипоталамусе связано с ускорением процессов старения. Менин, как выяснилось, играет важную роль в предотвращении воспаления и поддержании нормальной работы нейронов. Когда его уровень снижается, в мозге возрастает активность воспалительных сигналов, что запускает цепную реакцию возрастных изменений во всем организме - от ослабления когнитивных функций до потери плотности костей и истончения кожи. Чтобы понять, как именно менин влияет на старение, ученые вывели генномодифицированных мышей, у которых этот белок можно было выборочно отключить. Даже у молодых животных такое вмешательство быстро привело к ухудшению памяти, снижению прочности костей и эластичности кожи, а также к укорочению жизни. Эти результаты убедительно ...>>

Случайная новость из Архива Световые ураганы для скоростной передачи данных 29.11.2024 Ученые из Университета Аалто предложили новый способ ускорения передачи данных, используя крошечные "световые ураганы", или вихри. Эти вихри, созданные при помощи металлических наночастиц и электрических полей, открывают путь к более эффективным телекоммуникационным технологиям. Световой вихрь напоминает ураган: его центр темный, а вокруг - кольцо яркого света. Это происходит из-за того, что электрическое поле в центре направлено в противоположные стороны, нейтрализуя свет. Для создания таких вихрей используются квазикристаллические формы, сформированные из металлических наночастиц. Каждая из частиц имеет размер около одной сотой толщины человеческого волоса. Команда аспирантов под руководством профессора Пьяви Торма разработала метод, позволяющий управлять симметрией структур, создающих вихри. Расположение наночастиц определяет вид вихря: квадратные формы порождают одиночный вихрь, шестиугольные - двойной, а для более сложных вихрей требуются восьмиугольные и более сложные структуры. Главная инновация состоит в том, что частицы размещаются в "неактивных" зонах электрического поля - там, где его влияние минимально. Это позволяет значительно улучшить контроль над свойствами создаваемого света. Разработка открывает перспективы для использования световых вихрей в телекоммуникациях. Такие структуры можно передавать через оптоволоконные кабели, где они кодируют информацию. На конечной точке данные декодируются, позволяя значительно уменьшить объем хранимой информации и увеличить пропускную способность каналов. Исследование также вносит вклад в изучение топологических свойств света. Топология, связанная с формами и симметрией структур, позволяет находить новые способы управления светом для достижения максимальной эффективности передачи данных. Световые вихри открывают новые горизонты в оптической физике и телекоммуникациях. Возможность генерировать вихри различной сложности и передавать их по оптоволокну может привести к появлению революционных технологий связи. Работа исследователей демонстрирует, как использование наночастиц и управление симметрией электрических полей способны изменить подход к хранению и передаче данных. В будущем такие методы могут стать основой для сверхскоростных сетей связи и более эффективных систем обработки информации.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025