Ճկման ժամանակ սառույցը էլեկտրաէներգիա է առաջացնում. հետազոտություն

Նոր ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ սառույցը ֆլեքսոէլեկտրական նյութ է, այսինքն՝ այն կարող է էլեկտրականություն արտադրել անհավասարաչափ դեֆորմացիայի դեպքում։ Այս հայտնագործությունը, որը հրապարակվել է Nature Physics ամսագրում, կարող է կարևոր տեխնոլոգիական հետևանքներ ունենալ, ինչպես նաև լույս սփռել բնական երևույթների՝ օրինակ՝ կայծակի վրա։

Սառած ջուրը երկրի վրա ամենատարածված նյութերից է։ Այն հանդիպում է սառցադաշտերում, լեռների գագաթներին և բևեռային սառցաշերտերում, հայտնում է Planet Today-ը։ Սյս նյութը քաջ հայտնի է բոլորին, սակայն դրա հատկությունների ուսումնասիրությունը շարունակում է հետաքրքիր արդյունքներ տալ։

Միջազգային հետազոտությունը, որին մասնակցել են ICN2-ը (Նանոգիտության և նանոտեխնոլոգիայի կատալոնական ինստիտուտ), UAB-ի կամպուսում գտնվող Սիան Ծյաոտուն համալսարանը (Սիան) և Սթոունի Բրուքի համալսարանը (Նյու Յորք), առաջին անգամ ցույց է տվել, որ սովորական սառույցը ֆլեքսոէլեկտրական նյութ է։

Այլ կերպ ասած՝ այն կարող է էլեկտրականություն արտադրել մեխանիկական դեֆորմացիայի դեպքում։ Այս հայտնագործությունը կարող է կարևոր նշանակություն ունենալ ապագա տեխնոլոգիական սարքերի մշակման համար և օգնել բացատրել բնական այնպիսի երևույթներ, ինչպիսիք են ամպրոպի ժամանակ կայծակի առաջացումը։

Հետազոտությունը զգալի առաջընթաց է մեր սառույցի էլեկտրամեխանիկական հատկությունների ընկալման մեջ։

«Մենք պարզել ենք, որ սառույցը ցանկացած ջերմաստիճանում մեխանիկական լարմանն ի պատասխան էլեկտրական լիցք է առաջացնում։ Բացի այդ, մենք հայտնաբերել ենք բարակ «սեգնետոէլեկտրական» շերտ մակերեսի վրա՝ -113ºC-ից ցածր ջերմաստիճաններում»,— բացատրում է հետազոտության առաջատար հետազոտողներից Սին Վենը ICN2-ից։

Սա նշանակում է, որ սառույցի մակերեսը կարող է ունենալ բնական էլեկտրական բևեռացում, որը կարող է շրջվել՝ արտաքին էլեկտրական դաշտ կիրառելու դեպքում, ինչպես մագնիսի բևեռներն են փոխվում։ Մակերեսային սեգնետոէլեկտրականությունը ինքնին հետաքրքիր հայտնագործություն է, քանի որ նշանակում է, որ սառույցը կարող է ոչ թե մեկ, այլ երկու եղանակով էլեկտրականություն արտադրել՝ սեգնետոէլեկտրականություն շատ ցածր ջերմաստիճաններում և ֆլեքսոէլեկտրականություն ավելի բարձր ջերմաստիճաններում, մինչև 0 °C։

Այս հատկությունը սառույցը դասում է էլեկտրակերամիկական նյութերի շարքին, ինչպիսին է տիտանի երկօքսիդը, որոնք ներկայումս օգտագործվում են առաջադեմ տեխնոլոգիաներում, օրինակ՝ տվիչներում և կոնդենսատորներում։

Հայտնի է, որ կայծակներն առաջանում են, երբ ամպերում, սառցե մասնիկների բախումներ են տեղի ունենում, կուտակվում է էլեկտրական պոտենցիալ, որը ձեռք է բերում էլեկտրական լիցք։ Այդ պոտենցիալն այնուհետև ազատվում է կայծակի հարվածի տեսքով։ Սակայն մեխանիզմը, որի միջոցով սառցե մասնիկները ձեռք են բերում էլեկտրական լիցք, մնում է անհասկանալի, քանի որ սառույցը պիեզոէլեկտրիկ չէ, այսինքն՝ չի կարող լիցք արտադրել՝ պարզապես բախման ժամանակ սեղմվելով։

Սակայն հետազոտությունը ցույց է տալիս, որ սառույցը կարող է էլեկտրական լիցք ստանալ, եթե ենթարկվում է անհամասեռ դեֆորմացիաների, այսինքն՝ երբ այն անկանոն կերպով ծռվում կամ դեֆորմացվում է։

«Մեր ուսումնասիրության ընթացքում չափվել է էլեկտրական պոտենցիալը, որն առաջանում է սառցե թիթեղը ծռելու դեպքում։ Մասնավորապես, ձողը տեղադրվել է երկու մետաղյա թիթեղների միջև և միացվել չափիչ սարքին։ Արդյունքները համընկնում են ամպրոպի ժամանակ սառցե մասնիկների բախումների ընթացքում նախկինում դիտարկված արդյունքների հետ»,- բացատրում է ICN2-ի պրոֆեսոր Գուստավո Կատալանը։

Այսպիսով, արդյունքները ցույց են տալիս, որ ֆլեքսոէլեկտրականությունը կարող է լինել էլեկտրական պոտենցիալի առաջացման հնարավոր բացատրություններից մեկը, որը հանգեցնում է ամպրոպի ժամանակ կայծակների առաջացմանը։

Հետազոտողները խմբում արդեն ուսումնասիրում են հետազոտական նոր ուղղություններ, որոնք նպատակ ունեն օգտագործելու սառույցի այդ հատկություններն իրական կիրառություններում։

Թեև դեռ վաղ է պոտենցիալ լուծումները քննարկելու համար, սակայն այս հայտնագործությունը կարող է ճանապարհ հարթել նոր էլեկտրոնային սարքերի մշակման համար, որոնք սառույցը որպես ակտիվ նյութ են օգտագործում և որոնք կարող են արտադրվել անմիջապես ցուրտ պայմաններում։