Los científicos han creado una nueva forma de hielo curvo y flexible
El hielo de agua no es exactamente conocido por su flexibilidad. De hecho, es todo lo contrario: rígido y quebradizo, se fractura y se rompe fácilmente. Por eso se producen avalanchas y fragmentación del hielo marino.
Esta es también la razón por la que la nueva investigación es tan fascinante. Los científicos acaban de cultivar microfibras de hielo de agua que pueden doblarse en un bucle, rompiendo el pico de estrés anterior en un porcentaje significativo y abriendo nuevas oportunidades para explorar la física del hielo.
El hielo no siempre se comporta como se esperaba, y su elasticidad, o más bien la falta de ella, es un buen ejemplo. Teóricamente, debería tener una tensión elástica máxima de alrededor del 15 por ciento. En el mundo real, la tensión elástica máxima jamás medida fue inferior al 0,3 por ciento. La razón de esta discrepancia es que los cristales de hielo tienen imperfecciones estructurales que aumentan su fragilidad.
Por lo tanto, un equipo de investigadores dirigido por el nanocientífico Peizhen Xu de la Universidad de Zhejiang en China buscó crear hielo con la menor cantidad posible de imperfecciones estructurales.
El experimento consistió en una aguja de tungsteno en una cámara ultra fría, a alrededor de menos 50 grados Celsius, mucho más fría de lo que se había intentado anteriormente. Se liberó vapor de agua en la cámara y se aplicó un campo eléctrico. Esto atrajo las moléculas de agua a la punta de la aguja, donde cristalizaron, formando una microfibra con un ancho máximo de aproximadamente 10 micrones, más pequeño que el ancho de un cabello humano.
El siguiente paso fue bajar la temperatura entre menos 70 y menos 150 grados Celsius. Bajo estas bajas temperaturas, los investigadores intentaron doblar las fibras de hielo.
A menos 150 grados Celsius, encontraron que una microfibra de 4,4 micrómetros de diámetro podía doblarse en una forma casi circular, con un radio de 20 micrómetros. Esto sugiere una deformación elástica máxima del 10,9 por ciento, mucho más cercana al límite teórico que los intentos anteriores.
Mejor aún, cuando los investigadores liberaron el hielo, volvió a su forma anterior.
Aunque el hielo puede parecerse a nosotros, su estructura cristalina puede variar ampliamente. Cada configuración de moléculas en un cristal de hielo se conoce como una fase, y hay varias de esas fases. Las transiciones entre fases pueden ocurrir bajo diversas condiciones relacionadas con la presión y la temperatura.
Con su hielo curvo, el equipo notó tal transición de fase, de una forma de hielo conocida como hielo Ih, la forma cristalina hexagonal del hielo ordinario que se encuentra en la naturaleza, en forma romboédrica hielo II, que se forma comprimiendo hielo Ih. Esta transición ocurrió durante giros cerrados de la microfibra de hielo a temperaturas por debajo de menos 70 grados Celsius y también fue reversible.
Esto, anotaron los investigadores, podría ofrecer una nueva forma de estudiar las transiciones de fase en el hielo.
Finalmente, el equipo intentó usar su hielo casi perfecto como guía de ondas para la luz, colocando una luz óptica en un extremo de la microfibra. Se transmitieron múltiples longitudes de onda de manera tan eficiente como las guías de ondas en chip avanzadas, como el nitruro de silicio y la sílice, lo que sugiere que las microfibras de hielo podrían usarse como guías de ondas flexibles para longitudes de ondas ópticas de baja temperatura.
«Podríamos imaginar el uso de IMF como sensores de baja temperatura para estudiar, por ejemplo, la adsorción molecular en el hielo, los cambios ambientales, la variación estructural y la deformación de la superficie del hielo», los investigadores escribieron en su artículo.
En resumen, las microfibras de hielo elásticas que se presentan aquí pueden ofrecer una plataforma alternativa para explorar la física del hielo y abrir oportunidades previamente inexploradas para la tecnología relacionada con el hielo en diversas disciplinas.
Muy genial.
La investigación fue publicada en La ciencia.
