Bei Mikrofasern müssen Forscher künftig nicht mehr „das Eis brechen“. Dank einer neuen Entdeckung bei Nanomaterialien können sie es jetzt biegen.
„Unsere Gruppe arbeitet seit 20 Jahren an Silica-Mikrofasern“, sagt er Xin Guo, Optiker an der Zhejiang University in China und einer der Autoren der in Science veröffentlichten Studie. Jetzt ist sein Team das erste, das flexible Eismikrofasern anbaut, die es kann sich in sich zusammenfalten, ohne zu brechen.
Die Schaffung eines flexiblen und "elastischen" Eises
Eis ist bekanntermaßen eine spröde Substanz, hauptsächlich aufgrund von Unvollkommenheiten in der Struktur seiner Kristalle. Die Wissenschaft versteht immer noch nicht vollständig, was auf molekularer Ebene passiert, wenn Eis in Wasser umgewandelt wird und umgekehrt. Die optischen Eigenschaften der neuen ultraelastischen Eismikrofasern könnten das Verständnis der sie beeinflussenden Phänomene näher bringen Materialien.
das Experiment
Die Forscher stellten die Mikrofasern her, indem sie eine Wolframnadel (ein Atom dick, das schärfste Objekt, das jemals hergestellt wurde) in einer speziellen Kammer bei etwa -60 Grad Fahrenheit abkühlten. Dann nutzten sie ein elektrisches Feld, um Wasserdampf an die Spitze der Nadel zu ziehen. Als der Dampf gefror, bildete er eine Mikrofaser aus etwa 5 Mikrometer im Durchmesser und etwa 1 Millimeter lang. Zu diesem Zeitpunkt senkte das Team die Temperatur weiter zwischen -94 Grad und -238 Grad Fahrenheit. Als sie versuchten, es zu falten, stellten sie fest, dass ihr Experiment funktioniert hatte.
Die resultierende Faser konnte sich bis zu einer maximalen Verformung von 10,9 % biegen, viel mehr als normales Eis, und gleichzeitig in ihre ursprüngliche Form zurückkehren.
Es ist wie Magie. Normalerweise haben wir keine perfekten Eiskristalle. Wir haben jetzt eine Art Mikrofaser mit einem sehr einheitlichen Charakter.
Limin Tong, Universität Zhejiang
Was kann flexibles Eis leisten?
Die Forscher schickten Licht durch diese Eismikrofaser, die sehr klar ist, und stellten fest, dass sie genauso gut funktioniert wie Glasfaser. Mehr noch: Diese Faser könnte auch zum Nachweis von Viren oder anderen Mikroben verwendet werden; Indem wir winzige Organismen auf Mikrofasern platzieren und Licht durch sie leiten, können wir mehr über die Konzentration, Dichte oder Arten von Mikroben erfahren, die möglicherweise vorhanden sind.
In Zukunft wird das Team auch daran arbeiten, Sensoren zu bauen, die mit flexiblem Eis kompatibel sind. Natürlich schmilzt diese Faser bei etwa 14 Grad Fahrenheit, was bedeutet, dass sie in vielen Situationen möglicherweise nicht nützlich ist. „Das ist eine sehr beliebte Temperatur in Labors“, sagt Tong, „und auch in manchen Eissorten.“ Aber Forscher in Polarregionen oder im Weltraum können es aufgrund der von Natur aus niedrigen Temperaturen nutzen.
Vielleicht noch wichtiger ist, dass das Licht, das durch diese gefrorenen Fasern scheint, den Forschern helfen könnte, zu untersuchen, was passiert, wenn Eis die Phase wechselt. Da durch einfaches Falten der Mikrofaser eine Phasenänderung erreicht werden kann, könnte dies mehr darüber verraten, wie Eiskristalle entstehen, warum sie sich so bilden und welche Moleküle daran beteiligt sind.
Für den Moment besteht der nächste Schritt darin, festzustellen, ob Sie längere Eis-Mikrofasern herstellen können. Ich werde Sie auf dem Laufenden halten.
