Sulla rivista Science vengono descritti come “microfibre di ghiaccio elastiche”, flessibili, pieghevoli. Una frase che fa scattare la curiosità che va ben oltre i trenta secondi di video postato su YouTube (e le quasi trentamila visualizzazioni annesse) dove si evince una chiara “manipolazione” del ghiaccio. La rivoluzione in fisica può così cominciare.
Una nuova ricerca dalla Cina, infatti, mostra che i fili sottili e accuratamente lavorati possono assumere proprietà sorprendentemente elastiche. Come mezzo, il ghiaccio è abbastanza definito. Si scioglie a temperature sopra lo zero e si spezza invece di piegarsi quando è sotto sforzo. Difetti come microfratture, imperfezioni superficiali e pori, che si formano durante il processo di congelamento, conferiscono al ghiaccio la sua qualità fragile e ostinata. Almeno prima di questo esperimento.
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Non è così, invece, per tutti i ghiacci. Alcuni scienziati in Cina hanno dimostrato che il ghiaccio, in determinate circostanze, può essere sorprendentemente flessibile ed elastico. Nei test, i fili che misuravano solo 4,4 micrometri di diametro potevano essere piegati in una forma quasi circolare e, quando la pressione veniva allentata, i fili tornavano alla loro forma originale. Limin Tong della Zhejiang University di Hangzhou ha guidato la nuova ricerca, pubblicata oggi su Science.
Cristalli di ghiaccio permettono la crescita di microfibre
Per realizzare le microfibre, il team cinese ha incanalato il vapore acqueo in una piccola camera elettrica. La temperatura della camera è stata raffreddata con azoto liquido. Quindi, un perno di tungsteno è stato inserito all’interno ed elettrificato a 2.000 volt, che serviva ad attirare il vapore acqueo. Cristalli si sono formati sul perno, permettendo al team di far crescere le microfibre, anche se a un ritmo molto lento.
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L’esperimento consisteva in un ago di tungsteno in una camera ultra fredda, a una temperatura di circa -50 gradi Celsius, molto più fredda di quanto fosse stato precedentemente tentato. Il vapore acqueo è stato rilasciato nella camera ed è stato applicato un campo elettrico. Questo ha attirato le molecole d’acqua sulla punta dell’ago, dove si sono cristallizzate, formando una microfibra con una larghezza massima di circa 10 micrometri, inferiore alla larghezza di un capello umano.
Il passo successivo è stato quello di abbassare la temperatura tra meno 70 e meno 150 gradi Celsius. E’ qui, sotto queste basse temperature, che i ricercatori cinesi hanno provato a piegare le fibre. A meno 150 gradi Celsius, hanno scoperto che una microfibra di 4,4 micrometri di diametro era in grado di piegarsi in una forma quasi circolare, con un raggio di 20 micrometri. Ciò suggerisce una deformazione elastica massima del 10,9 percento, molto più vicina al limite teorico rispetto ai tentativi precedenti.
Sebbene il ghiaccio possa sembrare sempre lo stesso, la sua struttura cristallina può variare parecchio. Ogni configurazione di molecole in un cristallo è nota come fase, e ci sono parecchie di queste fasi. Le transizioni possono verificarsi in una varietà di condizioni che hanno a che fare con la pressione e la temperatura.
Con il loro ghiaccio flessibile, il team ha notato una tale transizione di fase, da una forma di ghiaccio nota come ghiaccio Ih, la forma cristallina esagonale ordinaria, come si trova in natura, alla forma romboedrica ghiaccio II, che si forma comprimendolo. Questa transizione si è verificata durante le curve strette della microfibra di ghiaccio a temperature inferiori a meno 70 gradi Celsius ed era anche reversibile.
“Potremmo immaginare l’uso degli IMF come sensori a bassa temperatura per studiare, ad esempio, l’adsorbimento molecolare sul ghiaccio, i cambiamenti ambientali, le variazioni strutturali e la deformazione superficiale del ghiaccio”, hanno scritto i ricercatori nel loro articolo.
“In breve, le microfibre di ghiaccio elastiche dimostrate qui possono offrire una piattaforma alternativa per esplorare la fisica del ghiaccio e aprire opportunità precedentemente inesplorate per la tecnologia relativa al ghiaccio in varie discipline”. La rivoluzione in fisica, continua.