پژوهشگران مؤسسه ICN2 در یک مطالعه جدید که با همکاری دانشگاههای چین و آمریکا انجام شده، نشان دادند؛ اضافه کردن نمک به یخ معمولی میتواند توانایی آن را برای تولید برق هنگام خم شدن بهطور قابل توجهی افزایش دهد. این کشف میتواند راه را برای ساخت دستگاههای الکترونیکی جدید و همچنین تولید انرژی در شرایط بسیار سرد مانند مناطق قطبی هموار کند.
به گزارش سیناپرس، برای قرنها انسانها از آب برای تولید انرژی استفاده کردهاند؛ از آسیابهای آبی گرفته تا نیروگاههای برقآبی. اما یخ تاکنون به عنوان منبع انرژی جدی گرفته نشده بود، زیرا برخلاف مواد پیزوالکتریک، هنگام فشرده شدن بار الکتریکی تولید نمیکند. با این حال، این تیم پژوهشی نشان داده است که یخ میتواند هنگام تغییر شکل نامتقارن، از طریق پدیدهای به نام «فِلوکسیالکتریسیته» (flexoelectricity) برق تولید کند.
در ادامه این کشف اولیه، محققان به دستاورد جدیدی رسیدهاند: افزودن نمک معمولی (NaCl) به یخ باعث میشود توان تولید برق آن به شکل چشمگیری افزایش یابد و این موضوع میتواند کاربردهای فناورانه گستردهای ایجاد کند.
این پژوهش که در مجله Nature Materials منتشر شده، به سرپرستی دکتر «شین ون» و با نظارت پروفسور «گوستاو کاتالان» از مؤسسه ICN2 و پروفسور «شِنگپینگ شن» از دانشگاه شیآن جیاتونگ چین انجام شده است. به دلیل اهمیت این یافته، تصویر این تحقیق روی جلد مجله چاپ شده و یک مقاله تحلیلی (News & Views) نیز توسط یکی از متخصصان منتشر شده است.
نمک چگونه تولید برق یخ را افزایش میدهد؟
در یخ خالص، هنگام تغییر شکل، مقدار کمی بار الکتریکی تولید میشود که برای کاربردهای الکترونیکی کافی نیست. اما نتایج این پژوهش نشان داده است که با افزودن حدود ۲۵ درصد نمک، ضریب تولید برق یخ تا حدود ۱۰۰۰ برابر افزایش پیدا میکند و به سطح برخی مواد پیزوالکتریک مورد استفاده در صنعت الکترونیک میرسد.
این پدیده به دلیل حرکت آب شور در مرز میان بلورهای یخ رخ میدهد. هنگام خم شدن یخ، مولکولهای آب و یونهای نمک از بخشهای تحت فشار به سمت بخشهای کشیده حرکت میکنند و این جابهجایی باعث ایجاد جریان الکتریکی میشود.
بر اساس این اصل، پژوهشگران نمونههای اولیهای ساختهاند که میتوانند انرژی ناشی از خم شدن یخ را به برق قابل استفاده تبدیل کنند.
نتایج این تحقیق نشان میدهد؛ از این پدیده میتوان برای ساخت حسگرهای ارزانقیمت و دستگاههای تولید انرژی در محیطهای بسیار سرد مانند مناطق قطبی استفاده کرد. با این حال، هنوز چالشهایی وجود دارد؛ از جمله کاهش کارایی یخ شور پس از استفادههای مکرر و پایینتر بودن توان خروجی آن نسبت به مواد پیشرفته صنعتی.
با وجود این محدودیتها، مزایایی مانند دسترسی آسان، هزینه پایین و سازگاری با محیط زیست باعث شده این فناوری بسیار امیدوارکننده باشد. همچنین این کشف میتواند به درک بهتر پدیدههای طبیعی در یخچالهای طبیعی و حتی فعالیتهای الکتریکی در قمرهای یخی منظومه شمسی مانند اروپا و انسلادوس کمک کند.