Kleine Eismikrofasern können sich in einen nahen Kreis biegen und dann in ihre ursprüngliche Form zurückkehren.
Neue Untersuchungen aus China zeigen, dass dünne, sorgfältig verarbeitete Eisstränge überraschend elastische Eigenschaften annehmen können.
Eis als Medium ist sehr gnadenlos. Es schmilzt bei Temperaturen über dem Gefrierpunkt (offensichtlich) und schnappt, anstatt sich unter Belastung zu biegen. Defekte wie Mikrorisse, Oberflächenfehler und Poren, die sich während des Gefrierprozesses bilden, verleihen Eis seine spröde, hartnäckige Qualität.
Dies ist jedoch nicht bei allen Eis der Fall. Wissenschaftler in China haben gezeigt, dass Eis unter den richtigen Umständen überraschend flexibel und federnd sein kann. In Tests konnten Stränge mit einem Durchmesser von nur 4,4 Mikrometern nahezu kreisförmig gebogen werden, und wenn der Druck nachgelassen wurde, kehrten die Stränge in ihre ursprüngliche Form zurück. Limin Tong von der Zhejiang University in Hangzhou leitete die neue Forschung, die heute in Science veröffentlicht wurde.
Biegen einer Eismikrofaser in eine nahezu kreisförmige Form mit Mikromanipulatoren. Bildnachweis: Peizhen Xu, Bowen Cui, Xin Guo und Limin Tong, Universität Zhejiang.
Um die Eismikrofasern herzustellen, leitete das Team Wasserdampf in eine kleine elektrische Kammer. Die Temperatur der Kammer wurde mit flüssigem Stickstoff gekühlt. Dann wurde ein Wolframstift hineingelegt und auf 2.000 Volt elektrisiert, was dazu diente, den Wasserdampf anzuziehen. Auf dem Stift bildeten sich Eiskristalle, die es dem Team ermöglichten, die Mikrofasern zu züchten, wenn auch sehr langsam.
Die Wissenschaftler experimentierten mit den kalten Temperaturen und ließen die Stränge zwischen -70 bis -238 Grad F (-70 bis -150 Grad C) wachsen. Bei maximaler Kälte zeigten die resultierenden Mikrofasern überraschende elastische Eigenschaften und biegen sich bis zu einer maximalen Dehnung von 10,9 %. Im Gegensatz dazu hat normales Eis eine elastische Dehnung von 0,3%. Das biegsame Eis nähert sich mit 15 % der theoretischen Grenze der angenommenen Flexibilität von Eis, sodass noch Verbesserungspotenzial besteht.
Ein Forscher mit behandschuhten Fingern biegt eine Eismikrofaser (die fluktuierende Flüssigkeit darunter ist flüssiger Stickstoff). Credit: Peizhen Xu, Bowen Cui, Xin Guo und Limin Tong, Universität Zhejiang.
Als unerwarteter Bonus war das Eis erstaunlich transparent, was bedeutet, dass die Mikrofasern irgendwann verwendet werden könnten übertragen Licht, ähnlich wie bei Glasfaserkabeln. Die Wissenschaftler sagten, dass diese Technologie schließlich genutzt werden könnte, um winzige Sensoren zu entwickeln, die Luftverschmutzung erkennen können.
G/O Media kann eine Provision erhalten
Samsung Galaxy A52 5G (128 GB)$500 zum Best Buy
„Um zu zeigen, dass Eis ein hohes Maß an mechanischer Integrität und mit hoher optischer Qualität erreichen kann , [das Team unter der Leitung von Tong] zeigte das Potenzial für ähnliche Verbesserungen durch geeignete Verarbeitung im Verhalten anderer spröder, kristalliner Materialien auf“, erklärt Erland Schulson, ein Ingenieur am Dartmouth College, der nicht an der Forschung beteiligt war, in einem assoziierten Perspektiven Artikel.
Die Mikrofasern wurden aus zwei verschiedenen Eissorten mit jeweils unterschiedlicher Dichte hergestellt, und den Strängen fehlten die strukturellen Mängel, die mit herkömmlichem Eis verbunden sind. Ihre innere Struktur bestand aus Einkristallen mit Atomen, die in einem sich wiederholenden, wabenartigen Muster angeordnet waren, wie Tong der New York Times sagte. Zusammen machen diese Faktoren es möglich, dass die Stränge so flexibel sind.
Es ist erstaunlich zu sehen, was Wissenschaftler mit gefrorenem Wasser anstellen können. Es wird interessant sein zu sehen, ob sie die Elastizitätsgrenzen von Eis weiter verschieben und sich dieser schwer fassbaren theoretischen Grenze nähern können.
Mehr: Wie dieser unzerstörbare Käfer es übersteht, von einem Auto überfahren zu werden.
George DvorskyPostsEmailTwitter
Senior Staff Reporter bei Gizmodo, spezialisiert auf Astronomie, Weltraumforschung, SETI, Archäologie, Bioethik, Tierintelligenz, Human Enhancement und Risiken durch KI und andere fortschrittliche Technologie.