Az ultraelasztikus, fagyasztott mikroszálakból többet megtudhatunk arról, mi történik, amikor a jég fázisokat vált. Egy nap akár a Föld leghidegebb helyein - vagy a Földön kívül is - felhasználhatók lesznek.
A kínai Zhejiang Egyetemen Xin Guo optikai kutató és csoportja 20 éve dolgozik a szilícium-dioxid mikroszálakkal. Ez a kutatócsapat az első, amely rugalmas jeget eredményező mikroszálakat növesztett. Az erről szóló tanulmányt a Science folyóirat közölte.
A jég köztudottan törékeny anyag, főként kristályos szerkezetének tökéletlenségei miatt. A tudósok azonban még mindig nem értik teljesen, mi történik molekuláris szinten, amikor a jég vízzé alakul, és fordítva. Az új, ultraelasztikus jégmikroszálak optikai tulajdonságai azonban új ismereteket tárhatnak fel.
A kutatók úgy hozták létre a mikroszálakat, hogy egy volfrámtűt (amely egyetlen atom vastagságúra szűkül, és ezzel a valaha készült legélesebb tárgy) egy speciális kamrában körülbelül -50 Celsius ahrenheit-fokra hűtöttek le. Guo szerint ez hidegebb, mint amit bármely más korábbi ilyen jellegű kísérletnél alkalmaztak. A csapat ezután elektromos mezőt használt, hogy vízgőzt vonzzon a tű hegyéhez. Ahogy a pára ott megfagyott, egy körülbelül 5 mikrométer átmérőjű és körülbelül 1 milliméter hosszú mikroszálat alkotott.
"Ez nagyon vékony és nagyon rövid egységes szerkezetű, kiváló minőségű jégmikroszál" - közölte Limin Tong, a Zhejiang Egyetem optikai kutatója és a tanulmány társszerzője. A kutatók ezután még tovább csökkentették a szál hőmérsékletét -70 és -150 Celsius fok közé. Amikor megpróbálták meghajlítani azt tapasztalták, hogy kísérletük bevált. Az így kapott szál 10,9 százalékos maximális alakváltozásig volta hajlítható, ami jóval több, mint amire a hagyományos jég általában képes, és közel van a jég 15 százalékos elméleti maximális rugalmasságához, aminek még senki sem jutott a közelében sem. Emellett a szál vissza is pattan az eredeti formájába.
"Olyan, mint valami varázslat. Általában nincsenek tökéletes jégkristályaink. Most egyfajta mikroszálas, nagyon egyenletes karakterű anyagot kaptunk" - mondta Tong az anyag hajlítására tett első kísérletről.
A hajlítható jég nagyon hasznos is lehet. A kutatók fényt küldtek a jég mikroszálon keresztül, amely nagyon tiszta, és azt találták, hogy ugyanolyan jól működik, mint a fény útján történő információátvitelre gyakran használt szilikaszálak. Guo és Tong úgy szerint az ilyen típusú szálak a vírusok vagy más mikrobák kimutatására is felhasználhatók lennének, ha apró organizmusokat helyeznénk a mikroszálakra, és fényt vezetnénk rajtuk keresztül, többet megtudhatnánk az esetlegesen jelen lévő mikrobák koncentrációjáról, sűrűségéről vagy típusairól.
A jövőben a csapat olyan érzékelők építésén is dolgozik majd, amelyek kompatibilisek a hajlékony jéggel. Persze ez a szál nagyjából -10 Celsius foknál elolvad, ami azt jelenti, hogy sok helyzetben nem használható. "Ez egy nagyon gyakran használt hőmérséklet a laboratóriumokban. A sarkvidékeken vagy az űrben dolgozó kutatók hasznát vehetnék az eredendően alacsony hőmérséklet miatt" - véli Tong.
Talán a legfontosabb, hogy az ezeken a fagyasztott szálakon átvezetett fény segíthetne a kutatóknak tanulmányozni, hogy mi történik, amikor a jég fázisokat vált. Mivel a fázisváltást egyszerűen a mikroszál meghajlításával lehet előidézni, így többet megtudhatunk arról, hogyan alakulnak ki a jégkristályok, miért alakulnak ki úgy, ahogy, és milyen molekulák vesznek részt ebben. Egyelőre a következő lépés annak megállapítása, hogy lehet-e hosszabb jégmikroszálakat létrehozni.
