Une étude co-dirigée par ICN2 révèle que la glace est un matériau flexoélectrique, ce qui signifie qu'il peut produire de l'électricité lorsqu'il est inégalement déformé. Publié dans Physique de la naturecette découverte pourrait avoir des implications technologiques majeures tout en mettant en lumière des phénomènes naturels tels que la foudre.
L'eau congelée est l'une des substances les plus abondantes de la Terre. Il se trouve dans les glaciers, sur les sommets des montagnes et dans les calottes de glace polaire. Bien qu'il s'agisse d'un matériau bien connu, l'étude de ses propriétés continue de donner des résultats fascinants.
Une étude internationale impliquant ICN2, au campus UAB, à l'Université Xi'an Jiaotong (Xi'an) et à l'Université Stony Brook (New York), a montré pour la première fois que la glace ordinaire est un matériau flexoélectrique.
En d'autres termes, il peut générer de l'électricité lorsqu'il est soumis à une déformation mécanique. Cette découverte pourrait avoir des implications importantes pour le développement de futurs dispositifs technologiques et aider à expliquer les phénomènes naturels tels que la formation de foudre dans les orages.
L'étude représente un pas en avant significatif dans notre compréhension des propriétés électromécaniques de la glace.
« Nous avons découvert que la glace génère une charge électrique en réponse à la contrainte mécanique à toutes les températures. De plus, nous avons identifié une fine couche » ferroélectrique « à la surface à des températures inférieures à -113 ° C (160k) », explique le Dr Xin Wen, un membre du groupe ICN2 Oxyde Nanophysics et l'un des chercheurs principaux de l'étude.
« Cela signifie que la surface de la glace peut développer une polarisation électrique naturelle, qui peut être inversée lorsqu'un champ électrique externe est appliqué – similaire à la façon dont les poteaux d'un aimant peuvent être retournés. La ferroélectricité de surface est une découverte cool en soi, car il peut être très faible et flexionne ° C. «
Cette propriété place la glace à la hauteur des matériaux électrocéramiques tels que le dioxyde de titane, qui sont actuellement utilisés dans des technologies avancées comme les capteurs et les condensateurs.
Glace, flexoélectricité et orages
L'un des aspects les plus surprenants de cette découverte est son lien avec la nature. Les résultats de l'étude suggèrent que la flexoélectricité de la glace pourrait jouer un rôle dans l'électrification des nuages pendant les orages, et donc dans l'origine de la foudre.
Il est connu que la foudre se forme lorsqu'un potentiel électrique s'accumule dans des nuages en raison de collisions entre les particules de glace, qui deviennent chargées électriquement. Ce potentiel est ensuite libéré comme une frappe de foudre. Cependant, le mécanisme par lequel les particules de glace deviennent chargées électriquement sont restées claires, car la glace n'est pas piézoélectrique – elle ne peut pas générer une charge simplement en étant comprimée lors d'une collision.
Cependant, l'étude montre que la glace peut être chargée électriquement lorsqu'elle est soumise à des déformations inhomogènes, c'est-à-dire lorsqu'elle se plie ou se déforme irrégulièrement.
« Au cours de nos recherches, le potentiel électrique généré par la flexion d'une dalle de glace a été mesuré. Plus précisément, le bloc a été placé entre deux plaques métalliques et connecté à un dispositif de mesure. Les résultats correspondent à ceux qui ont été observés précédemment dans les collisions de particules de glace dans les orages », explique ICREA Prof. Gustau Catalán, chef du groupe d'oxyde de nanophysiques à ICN2.
Ainsi, les résultats suggèrent que la flexoélectricité pourrait être une explication possible de la génération du potentiel électrique qui conduit à la foudre pendant les tempêtes.
Les chercheurs du groupe explorent déjà de nouvelles lignes d'investigation visant à exploiter ces propriétés de glace pour les applications du monde réel.
Bien qu'il soit encore un peu tôt pour discuter des solutions potentielles, cette découverte pourrait ouvrir la voie au développement de nouveaux appareils électroniques qui utilisent la glace comme matériau actif, qui pourrait être fabriqué directement dans des environnements froids.
