Romper el hielo. Es una expresión familiar. El símbolo de la naturaleza rígida y frágil del agua en su estado sólido. Además, nadie ha visto jamás un cubo de hielo doblarse y volver a su forma original. Sin embargo, los físicos lo han intentado todo. Buscaron estirar, doblar y enderezar muestras de hielo. Pero nada funcionó. Todos los intentos fueron infructuosos. Hasta el fin. Implementado por investigadores de la Universidad de Zhejiang en China. Se presentan en las columnas de Ciencias y en un video de YouTube (ver más abajo), ¡Fibras de hielo flexibles y elásticas!
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Estos físicos llevan años trabajando en el desarrollo de la óptica de microfibras. En el centro de estas fibras está el vidrio. Un material también conocido por ser frágil. Pero el vidrio utilizado en las fibras ópticas es particularmente puro. Y es esta pureza la que da flexibilidad a estas fibras.
Asimismo, los físicos creen que lo que hace que el hielo sea tan delicado son las pequeñas imperfecciones que puede tener. Irregularidades superficiales, pequeños agujeros o incluso minúsculas grietas que debilitan la estructura cristalina del agua en su estado sólido. Sin estos defectos, se dice que el límite de deformación elástica del hielo, el límite más allá del cual se rompe el material, es del 15%. Una teoría que los investigadores de la Universidad de Zhejiang querían verificar.
En el modelo de fibra de vidrio
Dado que el agua es tan clara y transparente como el vidrio, se preguntaron si no sería posible solidificarla y convertirla en fibra óptica. Una especie de microfibra de hielo. El cual, como su primo de vidrio, puede volverse flexible y elástico. Pero también, probablemente, para ayudar a descubrir los secretos que aún esconden el agua en su estado sólido.
Los investigadores de la Universidad de Zhejiang utilizaron una técnica muy clásica en el campo de las ciencias de los materiales. La técnica conocida como crecimiento asistido bajo un campo eléctrico. Esto todavía requería aplicar un voltaje de 2000 voltios a la punta de una aguja de tungsteno. Para que los físicos puedan ver, gracias a las herramientas de imágenes de alta resolución, el desarrollo de microfibras de hielo a lo largo de las líneas del campo eléctrico. Todo sucedió en una cámara fría llevada a -50 ° C. Resultados: microfibras monocristalinas con un diámetro entre 10 micrómetros y 800 nanómetros. Microfibras con una estructura de panal casi perfecta.
Estas fibras de hielo han demostrado ser particularmente flexibles. Fácil de plegar y volver rápidamente a su forma original. Esta flexibilidad aumenta cuando baja la temperatura. Los investigadores informan que a -70 ° C, una microfibra de hielo, con un diámetro de 4,7 micrones, se puede doblar en una curva con un radio de 63 micrómetros. El equivalente a una deformación elástica de aproximadamente 4,6%. A -150 ° C, una microfibra de 4,4 micrómetros de diámetro se puede doblar en un círculo con un radio de 20 micrómetros. Esto corresponde a una deformación elástica del 10,9%. Eso se acerca al límite teórico mencionado anteriormente.
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Hielo flexible: ¿que aplicaciones?
Pero, ¿para qué sirve el hielo flexible? Bueno, ¿por qué no, como la fibra de vidrio, para llevar luz? Los físicos chinos de hecho observaron que sus microfibras de hielo eran particularmente efectivas en esto. Por lo tanto, las mediciones muestran que estas fibras podrían usarse como guías de ondas flexibles con pérdidas mucho más bajas en el espectro visible (menos del 1%) que las guías de ondas disponibles comercialmente. Para eso bastaría con mantener las microfibras de hielo a una temperatura por debajo de los -30 ° C.Un trámite, según los físicos, que señalan que muchas otras tecnologías requieren descender a temperaturas mucho más bajas.
Al igual que las fibras de vidrio, las fibras de hielo desarrolladas por investigadores de la Universidad de Zhejiang (China) son flexibles y elásticas.
Mientras tanto, los investigadores planean explorar las propiedades de sus microfibras de hielo para desarrollar sensores capaces de registrar rastros de contaminación. Sus propiedades ópticas los hacen extremadamente sensibles a las perturbaciones en la transmisión de la Ligero debido en particular a la presencia de partículas contaminantes. La idea: fabricar fibras a partir de hielo contaminado y estudiar cómo transmiten la luz.
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