ساخت یخ با انعطاف پذیری بسیار بالا

پژوهشگران چینی موفق شده‌اند یخی بسازند که رشته‌های آن به‌شکل حلقه درمی‌آیند و سپس وقتی رها می‌شوند، دوباره به شکل اول خود برمی‌گردند.

یخ سخت و شکننده است و اگر آن را خم کنید، دو نیم می‌شود. درست است؟ نه کاملا. پژوهشگران متوجه شده‌اند وقتی یخ به‌شکل رشته‌های کوچکی رشد کند، خاصیت شکنندگی‌اش را از دست می‌دهد و چنان انعطاف‌پذیر می‌شود که حتی می‌تواند به‌شکل حلقه خم شود.

به‌گزارش لایو ساینس، دانشمندان چینی که یخ انعطاف‌پذیر را تولید کرده‌اند، فکر می‌‌کنند رشته‌های ریز یخ آن‌ها کمک می‌کند درک بهتری از یخ در موقعیت‌های طبیعی به‌دست آوریم و به ایجاد فناوری‌های کارآمدتری برای انتقال نور منجر شود.

ازنظر تئوری، یخ در دنیای واقعی می‌تواند به‌اندازه یخ پژوهشگران انعطاف‌پذیر باشد؛ اما ترک‌خوردگی‌ها و ناهمسویی کریستال‌ها موجب می‌شود یخ طبیعی بسیار شکننده‌تر شود. حداکثر انعطاف الاستیک یخ آب (درصدی از اندازه آن که می‌تواند قبل از بازگشت به‌شکل اولیه خود کشیده یا خم شود) حدود ۱۵ درصد است.

این بدان‌معنا است که یخ ازنظر تئوریکی می‌تواند تا ۱۵ درصد بیشتر از طول خود کشیده شود و سپس به حالت اول بازگردد. اگرچه بیشترین انعطاف الاستیک که قبلا برای یخ ثبت شده، حدود ۰/۳ درصد بوده است. پژوهشگران با ساخت یخی که کمترین حد از نقص‌های ساختاری را داشته باشد، رشته‌های ریز یخ را با حداکثر کرنش الاستیک ۱۰/۹ درصد ساختند.

_{یخ می‌تواند به‌حدی خم شود که تقریبا به‌شکل دایره درآید}

پژوهشگران برای ساخت یخ فوق‌العاده انعطاف‌پذیر خود بخارآب را به فضای بسیار سردی با دمای منفی ۵۰ درجه سانتی‌گراد پمپ کردند.

مولکول‌های آب که در سمت اتم‌های هیدروژن کمی بار مثبت و در سمت اتم اکسیژن بار منفی دارند، به انتهای باردار سوزن تنگستن موجود در محفظه جذب شدند و در آنجا متبلور ‌شدند و رشته‌های نازکی را تشکیل دادند که ضخامت هریک به چند میکرومتر می‌رسید (بسیار کمتر از ضخامت تار موی انسان).

_{رشته‌های یخ که روی سوزن تنگستن بسیار سرد متبلور می‌شوند}

به‌دلیل اندازه و سرعت درخوتوجه تشکیل رشته‌های یخ، این رشته‌ها حاوی نقایص بسیار کمی بودند. پس از سردکردن بیشتر رشته‌ها، بین منفی ۷۰ درجه سانتی‌گراد و منفی ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد، پژوهشگران انعطاف الاستیک آن‌ها را اندازه‌گیری کردند.

آن‌ها دریافتند رشته‌ها درمقایسه‌با هر نوع یخ آبی که قبلا اندازه‌گیری شده بود، کشسانی بیشتری دارند. این رشته‌ها می‌توانستند به‌شکل دایره خم شوند و پس از رهاشدن، به حالت اولیه خود برگردند.

پژوهشگران می‌گویند درحالی‌که در بسیاری از پژوهش‌های گذشته در آزمایشگاه چنین الیاف یخی ایجاد شده است، مطالعات گذشته بیشتر روی نحوه رشد کریستال‌ها و شکلی که به خود می‌گیرند و نه خصوصیات مکانیکی درخورتوجه آن‌ها تمرکز کرده‌اند.

آنان با بررسی ساختار رشته‌های یخ کشف کردند که بخش‌هایی از الیاف وقتی زیر فشار قرار می‌گیرند، به‌شکل متفاوت و متراکم‌تری درمی‌آیند. آن‌ها بر این باورند که تنش می‌تواند موجب شود رشته‌ها به ساختار بلوری بادوام‌تری تبدیل شوند.

اگر مشاهدات جدید پژوهشگران با آزمایش‌های بیشتری دنبال شود، می‌تواند راهی جدید برای مطالعه یخی که زیر فشار قرار دارد، چه در یخچال‌های طبیعی، چه روی دنباله‌دارها، چه روی هواپیماها و توربین‌های بادی فراهم کند.

همچنین، پژوهشگران اشاره کرده‌اند رشته‌های یخی آن‌ها بسیار شفاف هستند، چنان‌که وقتی نوری را به انتهای هر رشته متصل کردند، نور به آسانیِ آنچه در موج‌برهای پیشرفته دیده می‌شود، در طول رشته‌ها منتقل می‌شد. از موج‌برها برای انتقال نور استفاده می‌شود.

نیاز به دمای کم موجب می‌شود استفاده از این رشته‌های یخ در بیشتر تجهیزات دشوار باشد؛ با‌این‌حال، به‌طور بالقوه می‌توانند در برخی از دستگاه‌های زیر انجماد مانند حسگرهای نوری بسیار دقیق دمای کم استفاده شوند. گفتن است پژوهشگران یافته‌هایشان را در مجله ساینس منتشر کردند.