Si può piegare il ghiaccio? Cristalli elastici e flessibili

Dall’esperienza comune sappiamo che il ghiaccio ha capacità elastiche irrilevanti e, di conseguenza, la flessibilità del materiale viene meno. Il problema, però, è che il ghiaccio, per come lo troviamo in natura, presenta difetti, imperfezioni che variano le proprietà del materiale stesso.

Peizhen Xu della Zhejiang University di Hangzhou, in Cina, e i loro colleghi sono riusciti a produrre una fibra di cristalli di ghiaccio incontaminata, priva di difetti, e analizzarne il comportamento meccanico. Quello che si è osservato è stato un comportamento ben più elastico del tipico noto; tanto che, in seguito a dei test di piegatura, la fibra torna alla posizione originaria.

Prima di andare avanti, perché questo argomento è così tanto interessante?

Era già noto che materiali privi di difetti presentassero proprietà atipiche da quelle in campo naturale, ma realizzare un materiale noto solo a livello teorico permette di aprire la strada a nuove tecnologie e nuovi studi prima soltanto ipotizzabili.

Per creare il ghiaccio flessibile, Peizhen Xu della Zhejiang University di Hangzhou, in Cina, e colleghi hanno utilizzato un ago con una tensione elettrica applicata ad esso, che ha attratto vapore acqueo all’interno di una camera refrigerata.

Le fibre di ghiaccio risultanti erano di pochi micrometri di diametro o meno, una frazione della larghezza di un tipico capello umano.

Come prima anticipato, questo comportamento è inusuale e ottenibile a temperature di -70°C e -150°C. La fibra, così ottenuta, può essere curvata in un cerchio parziale con un raggio dell’ordine delle decine di micrometri.

Andando a piegare questo materiale, come noto dai diagrammi di fase soliti, si presenta una variazione interna della microstruttura dipendentemente da temperatura e pressione.

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Ulteriore interesse dei ricercatori è stato quello di domandarsi se anche dei fiocchi di neve, ottenuti per medesimo procedimento, potessero essere piegati. A differenza delle fibre di cristalli di ghiaccio, i fiocchi di neve si presentano privi di difetti in un ordine più piccolo di quello del materiale appena illustrato; per tale ragione non è stato ancora possibile piegare, senza rompere, un cristallo di fiocco di neve.


Fonti:

These weird, thin ice crystals are springy and bendy – https://www.sciencenews.org/article/physics-weird-thin-ice-crystals-bend-flexible

Articoli di riferimento:

Perché si scivola sul ghiaccio?

Icebot, robot di ghiaccio che si auto-ripara o auto-replica

La fisica a basse temperature: Cristalli di ghiaccio

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