El hielo es duro y quebradizo; si lo dobla, se romperá en dos. ¿derecho? no exactamente. Los investigadores han descubierto que cuando el hielo se convierte en hebras diminutas, puede desafiar su reputación de fragilidad, volviéndose tan flexible que puede doblarse en un anillo, según un nuevo estudio.
Estas microfibras están tan dobladas que están cerca del límite teórico de la elasticidad del hielo. Quizás incluso más genial que eso, los científicos que plantaron el hielo flexible creen que sus diminutas hebras de hielo podrían conducir a un torrente de nuevas formas de comprender mejor el hielo en su estado natural y una tecnología de transmisión de luz más eficiente.
En teoría, el hielo del mundo real podría doblarse como el hielo de los investigadores, pero imperfecciones como grietas y asimetrías cristalinas hacen que el hielo natural sea más frágil.
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La tensión elástica máxima teórica del hielo de agua, o el porcentaje de su volumen en el que puede expandirse o doblarse antes de volver a su forma original, es de aproximadamente el 15%. Esto significa que, en teoría, el hielo podría expandirse un 15% adicional de su longitud y aún así retraerse. Sin embargo, la tensión elástica más alta registrada anteriormente para el hielo fue de solo alrededor del 0,3%. Al crear nieve con la menor cantidad posible de defectos estructurales, los investigadores hicieron microfibras de nieve con una tensión elástica máxima del 10,9%.
Para crear el hielo superelástico, el equipo bombeó vapor de agua a una cámara helada que se había enfriado a unos menos 58 grados Fahrenheit (menos 50 grados Celsius). Moléculas de agua, porque tienen una ligera carga positiva en un lado donde hidrógeno átomos y una carga negativa por otro lado donde Oxígeno El átomo fue atraído por el extremo cargado de tungsteno La aguja, donde cristaliza, forma pequeñas fibras de solo unos pocos micrómetros de ancho, una fracción del ancho de un cabello humano.
Esta fibra tiene muy pocos inconvenientes debido a su pequeño tamaño y rápida formación. Después de enfriar más las fibras, entre menos 94 F (menos 70 C) y menos 238 F (menos 150 C), el equipo midió su tensión elástica. Descubrieron que las fibras eran más flexibles que cualquier otro tipo de hielo de agua jamás medido: las fibras podían doblarse en círculos parciales y todas volvían a su forma original después de ser liberadas. El equipo dice que si bien muchas investigaciones han desarrollado filamentos de hielo como los del laboratorio, los estudios anteriores se han centrado más en la forma en que crecieron los cristales y la forma que tomaron, que en sus notables propiedades mecánicas.
Al examinar la estructura de las hebras de hielo, el equipo descubrió que partes de las fibras adquieren una forma diferente y son más densas cuando se someten a tensión. Los investigadores creen que el estrés podría hacer que los filamentos cambien de fase a una estructura cristalina más duradera. Esta observación, si es seguida por más experimentos en hielo flexionado, podría brindar a los investigadores una nueva forma de estudiar el hielo que ha sido sometido a presión, ya sea en glaciares o cometas o en aviones y turbinas eólicas.
Los investigadores también notaron que sus hebras de hielo eran muy transparentes, por lo que colocaron una pequeña linterna en los extremos de cada hebra y vieron que la luz viajaba a través de las fibras tan fácilmente como a través de guías de ondas de última generación, que son dispositivos utilizados para ayudar a transmitir la luz actuando como canales. Pequeño-temperatura Los requisitos harán que las fibras de hielo sean difíciles de usar en la mayoría de los equipos, pero aún se pueden usar en algunos dispositivos en condiciones de congelación, como los sensores de luz de baja temperatura muy precisos.
Los investigadores publicaron sus hallazgos el 9 de julio en la revista Ciencias.
Publicado originalmente en Live Science.
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