Normalde suyun donmasıyla oluşan buz oldukça kırılgandır ve esneme kabiliyeti yoktur. Çin’den bilim insanları buzu aynı lastik gibi esnek hale getirmenin bir yolunu buldu. Bu sayede buz fiziği çalışmalarında yeni fırsatlar doğabilir. Teorik açıdan buzun elastiklik limiti %15 civarındadır. Fakat gerçek dünyada bugüne kadar ölçülen buz elastikiyeti % 0,3’den azdır. İşte bu tutarsızlık buz kristallerinin şeklindeki yapısal kusurlardan kaynaklanıyor ve kırılganlığa yol açıyor.

Zhejiang Üniversitesi’nden nanobilimci Peizhen Xu liderliğindeki buzdaki yapısal kusurları azaltmanın bir yolunu buldu. -50 C civarında bulunan ultra soğuk bir odacıkta tungsten bir iğne yer alıyor. İğnenin ucuna tutuna su molekülleri, kristalleştiğinde maksimum 10 mikrometre genişliğinde bir mikrofiber(mikro iplikçik) oluşturuyor. Yani bu mikrofiber saçtan bile ince.

Sonra sıcaklık -70 ila -150 C arası bir sıcaklığa kadar düşürülüyor. Araştırmacılar bu sıcaklıklarda buz iplikçilerini bükmeyi denedi.

İşte -150 C’ye gelindiğinde 4,4 mikron genişliğindeki buz mikrofiberlerinin neredeyse dairesel bir şekilde 20 mikron radiusla bükülebildiğini gösterdi. Yani maksimum elastik gerginlik %10,9’a çıkıyor ve daha önceki denemelere oranla teorik limite çok yakın bir değer çıkıyor.

Hatta araştırmacılar buzu bıraktığında, aynı bir yay gibi önceki şekline geri döndüğünü açıkladı.

Her ne kadar bize bu hep aynı gözükse de kristal yapı oldukça değişken olabiliyor. Buz kristalindeki her molekülün konfigürasyonu bir faz olarak biliniyor ve bu fazlardan bir sürü var. Fazlar arası geçişler farklı basınç ve sıcaklıklarda gerçekleşir.

Araştırmacılar bükülebilir buzun da bu faz geçişlerinden birinde olabileceğini düşünüyor. Doğada bulunan Ice Ih formu olarak bilinen formdan, ice II rombohedral formuna sıkıştırılarak dönüştürülüyor. İşte bu geçiş -70 C altındaki sıcaklıklarda oluşuyor ve tersinir olarak gerçekleşiyor.

Araştırmacılar bu sayede buzdaki geçişleri incelemenin yeni bir yolu olabileceğini düşünüyor.

Son olarak ekip nerdeyse mükemmel olan bu buzu, ışık için dalga kılavuzu olarak kullanmayı denedi. Aynı son teknoloji silisyum nitrit ve silikon dalga kılavuzları gibi çoklu dalgaboylarında aktarım yapıldı. Böylece buz mikrofiberlerinin düşük sıcaklıklardaki optik dalga boyları için esnek kılavuzlar gibi kullanılabileceği gösterdi.

Böylece düşük sıcaklarda , buzdaki moleküler adsorpsiyon , çevresel, yapısal değişimler inceleye sensörler yapılabileceği düşünüyor.

Esnek buz gerçekten ilginç bir keşif.

Araştırma Science dergisinde yayınlandı.

Referans: