Chế tạo thành công loại băng siêu dẻo, uốn cong như sợi chỉ, truyền ánh sáng như cáp quang

Một rào cản vật lý mới với băng đã được mở ra.

Băng có tính linh hoạt rất kém, chúng rất cứng và giòn và dễ gãy. Đó là lý do tại sao các vụ tuyết lở và băng vỡ xảy ra.

Đó cũng là lý do làm cho nghiên cứu mới này thật tuyệt vời. Các nhà khoa học vừa phát triển được các sợi băng nước siêu nhỏ, có thể uốn cong tạo thành vòng tròn - phá vỡ biến dạng cực đại trước đó của băng với cách biệt đáng kể và mở ra cơ hội mới cho việc khám phá vật lý băng.

Chế tạo thành công loại băng siêu dẻo, uốn cong như sợi chỉ, truyền ánh sáng như cáp quang - Ảnh 1.

Về mặt lý thuyết, băng có độ căng đàn hồi tối đa khoảng 15%. Tuy nhiên, trong thế giới thực, biến dạng đàn hồi tối đa từng đo được là nhỏ hơn 0,3%. Lý do cho sự khác biệt này là do các tinh thể băng có cấu trúc không hoàn hảo làm tăng độ giòn của chúng.

Vì vậy, một nhóm các nhà nghiên cứu do nhà khoa học chuyên nghiên cứu công nghệ nano, dẫn đầu bởi Peizhen Xu thuộc Đại học Chiết Giang ở Trung Quốc, đã tìm cách tạo ra băng với càng ít khuyết điểm cấu trúc càng tốt.

Thí nghiệm bao gồm một kim vonfram trong buồng cực lạnh, ở nhiệt độ khoảng âm 50 độ C, lạnh hơn nhiều so với thử nghiệm trước đây. Hơi nước được giải phóng vào buồng và một điện trường được áp dụng. Điều này đã thu hút các phân tử nước đến đầu kim, nơi chúng kết tinh, tạo thành một sợi nhỏ với chiều rộng tối đa khoảng 10 micromet, nhỏ hơn chiều rộng của sợi tóc người.

Sợi băng đàn hồi nhỏ hơn tóc người

Bước tiếp theo là giảm nhiệt độ xuống từ âm 70 đến âm 150 độ C. Dưới nhiệt độ thấp này, các nhà nghiên cứu đã thử uốn các sợi băng.

Ở nhiệt độ âm 150 độ C, họ phát hiện ra rằng một sợi nhỏ có chiều ngang 4,4 micromet có thể uốn cong thành hình dạng gần như hình tròn, với bán kính 20 micromet. Điều này cho thấy biến dạng đàn hồi tối đa là 10,9% - gần với giới hạn lý thuyết hơn nhiều so với các lần thử trước.

Tuyệt vời hơn nữa, khi các nhà nghiên cứu ngừng uốn cong băng, nó sẽ quay trở lại hình dạng trước đó.

Mặc dù đối với chúng ta, băng có thể trông giống nhau, nhưng cấu trúc tinh thể của nó có thể khác nhau một chút. Mỗi cấu hình của phân tử trong tinh thể băng được gọi là một pha (phase), và có khá nhiều pha này. Sự chuyển đổi giữa các pha có thể xảy ra trong nhiều điều kiện khác nhau liên quan đến áp suất và nhiệt độ.

Với băng dẻo, nhóm nghiên cứu đã ghi nhận sự chuyển pha như vậy, từ một dạng băng được gọi là băng Ih, dạng tinh thể lục giác của băng thông thường được tìm thấy trong tự nhiên, sang dạng băng hình thoi II, được hình thành bằng cách nén băng Ih. Sự chuyển đổi này xảy ra trong những khúc gấp của vi sợi băng ở nhiệt độ thấp hơn âm 70 độ C và cũng có thể đảo ngược được.

Băng dẻo này còn trong suốt đến kinh ngạc, có nghĩa là các sợi băng siêu nhỏ cuối cùng có thể được sử dụng để truyền ánh sáng, tương tự như cáp quang. Các nhà khoa học cho biết công nghệ này có thể được tận dụng để tạo ra các cảm biến nhỏ có khả năng phát hiện ô nhiễm không khí.

"Nói tóm lại, băng đàn hồi được chứng minh có thể cung cấp một nền tảng để khám phá vật lý băng và mở ra các cơ hội chưa từng có trước đây cho công nghệ liên quan đến băng trong nhiều lĩnh vực khác nhau", các nhà nghiên cứu cho biết.

Tham khảo: ScienceAlert