Ученые впервые показали, что обычный лед умеет вырабатывать электричество. Они обнаружили, что лед способен создавать электрический заряд при неравномерной деформации (явление, называемое флексоэлектричеством) при температурах вплоть до 0 °C. При температуре ниже -113 °C на его поверхности появляется тонкий слой с сегнетоэлектрическими свойствами. Это означает, что на поверхности льда может возникать естественная электрическая поляризация, которая может меняться на противоположную при воздействии внешнего электрического поля. Открытие расширяет представления о свойствах льда и может помочь понять, как формируются молнии в грозовых облаках. Результаты опубликованы в журнале Nature Physics.
Замерзшая вода — одно из самых распространенных веществ на Земле. Несмотря на то, что замерзшая вода кажется хорошо изученным материалом, исследования продолжают открывать ее удивительные свойства. Например, в 2025 году ученые синтезировали «пластичный» лед VII — состояние, сочетающее свойства твердого тела и жидкости. Подобные свойства льда и замерзшей воды открывают новые горизонты в понимании физических явлений и разработке новых технологий.
Ученые заинтересовались тем, может ли обычный лед генерировать электричество при деформации. Лед не дает электрический заряд при простом сжатии. Однако команда предположила, что он может проявлять другое свойство, флексоэлектричество, — то есть вырабатывать заряд при неоднородной деформации, например, при изгибании.
Для проверки гипотезы исследователи изготовили тонкие пластины льда и помещали их между двумя металлическими пластинами. Затем они создавали изгиб ледяной пластины и измеряли возникающий электрический потенциал. Группа проводила эксперименты при разных температурах, чтобы проверить влияние условий на флексоэлектрический эффект.
Experimental set-up for measuring ice flexoelectricity. Credit: Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02995-6
Ученые обнаружили, что лед генерирует электрический заряд при деформации, при этом величина эффекта сопоставима с флексоэлектрическими свойствами известных электрокерамических материалов, таких как диоксид титана (TiO2) и стронцийтитанат (SrTiO3).
Кроме того, при температуре ниже примерно -113 °C (160 К) исследователи выявили на поверхности льда отдельный слой с сегнетоэлектрическими свойствами. Это означает, что на поверхности льда может возникать естественная электрическая поляризация, которая может меняться на противоположную при воздействии внешнего электрического поля. Таким образом, лед может проявлять два разных свойства: флексоэлектрическое при температурах вплоть до 0 °C и сегнетоэлектрическое в тонком поверхностном слое при очень низких температурах.
Результаты также проливают свет на появление молний. Исследователи показали, что флексоэлектрический заряд, возникающий при столкновениях ледяных частиц в грозовых облаках, соответствует измеренным значениям электрического заряда при изгибе ледяной пластины. Это позволяет предположить, что именно флексоэлектричество льда может играть роль в образовании молний.
Ученые исследуют новые области, которые помогут использовать эти свойства льда в реальных условиях. Открытие может стать началом для разработки новых электронных устройств, в которых лед будет использоваться в качестве активного материала и которые можно будет производить непосредственно в холодных условиях.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
