Un estudio co-liderado por ICN2 revela que el hielo es un material flexoeléctrico, lo que significa que puede producir electricidad cuando se deforma de manera desigual. Publicado en Física de la naturalezaeste descubrimiento podría tener importantes implicaciones tecnológicas al tiempo que arroja luz sobre fenómenos naturales como los rayos.
El agua congelada es una de las sustancias más abundantes de la tierra. Se encuentra en los glaciares, en los picos de las montañas y en los casquillos de hielo polar. Aunque es un material bien conocido, estudiar sus propiedades continúa produciendo resultados fascinantes.
Un estudio internacional que involucra ICN2, en el campus de la UAB, Universidad Xi’an Jiaotong (Xi’an) y la Universidad Stony Brook (Nueva York), ha demostrado por primera vez que el hielo ordinario es un material flexoeléctrico. En otras palabras, puede generar electricidad cuando se somete a deformación mecánica. Este descubrimiento podría tener implicaciones significativas para el desarrollo de dispositivos tecnológicos futuros y ayudar a explicar fenómenos naturales, como la formación de rayos en las tormentas eléctricas.
El estudio, publicado en la revista Física de la naturalezarepresenta un paso adelante significativo en nuestra comprensión de las propiedades electromecánicas del hielo. «Descubrimos que el hielo genera carga eléctrica en respuesta al estrés mecánico a todas las temperaturas. Además, identificamos una delgada capa ‘ferroeléctrica’ en la superficie a temperaturas inferiores a -113ºC (160k). Esto significa que la superficie de hielo puede desarrollar una polarización eléctrica natural, que se puede invertir cuando se aplica un campo eléctrico externo que se aplica de manera similar al campo de la superficie. Correcto, ya que significa que el hielo puede tener no solo una forma de generar electricidad sino dos: la ferroelectricidad a temperaturas muy bajas y flexoelectricidad a temperaturas más altas hasta 0 ° C «, explica el Dr Xin Wen, un miembro del grupo de nanofísica de óxido ICN2 y uno de los investigadores principales del estudio. Esta propiedad coloca el hielo a la par con materiales electrocerámicos como el dióxido de titanio, que actualmente se utilizan en tecnologías avanzadas como sensores y condensadores.
Hielo, flexoelectricidad y tormentas eléctricas
Uno de los aspectos más sorprendentes de este descubrimiento es su conexión con la naturaleza. Los resultados del estudio sugieren que la flexoelectricidad del hielo podría desempeñar un papel en la electrificación de las nubes durante las tormentas eléctricas y, por lo tanto, en el origen del rayo.
Se sabe que el rayo se forma cuando un potencial eléctrico se acumula en las nubes debido a colisiones entre las partículas de hielo, que se cargan eléctricamente. Este potencial se libera como un rayo. Sin embargo, el mecanismo por el cual las partículas de hielo se cargan eléctricamente no se ha mantenido claro, ya que el hielo no es piezoeléctrico: no puede generar carga simplemente por ser comprimido durante una colisión.
Sin embargo, el estudio muestra que el hielo puede cargarse eléctricamente cuando está sujeto a deformaciones no homogéneas, es decir, cuando se dobla o se deforma de manera irregular. «Durante nuestra investigación, se midió el potencial eléctrico generado por una losa de hielo. Específicamente, el bloque se colocó entre dos placas de metal y se conectó a un dispositivo de medición. Los resultados coinciden con los observados anteriormente en las colisiones de partículas de hielo en las tormentas eléctricas», explica el profesor de ICREA Gustau Catalán, líder del grupo de óxido de nanofísica en ICN2.
Por lo tanto, los resultados sugieren que la flexoelectricidad podría ser una posible explicación para la generación del potencial eléctrico que conduce al rayo durante las tormentas. Perspectivas futuras
Los investigadores del grupo ya están explorando nuevas líneas de investigación destinadas a explotar estas propiedades del hielo para aplicaciones del mundo real. Aunque todavía es un poco temprano para discutir posibles soluciones, este descubrimiento podría allanar el camino para el desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos que usan el hielo como material activo, que podría fabricarse directamente en entornos fríos.
