Su buzu esnekliği ile değil tam tersi: sert ve kırılgan, kolayca kırılma ve kopmasıyla bilinir. Bu nedenle çığlar ve buzul parçalanmalar meydana gelir. Yeni araştırmanın bu kadar büyüleyici olmasının nedeni de bu. Bilim insanları, bir döngüde bükülebilen, maksimum gerilimi önemli bir oranda düşüren ve buz fiziğinin keşfi için yeni fırsatlar sunan su buzu mikro liflerini geliştirdiler.
Buz her zaman beklediğimiz gibi davranmaz ve esnekliği, (daha doğrusu eksikliği) mükemmel bir örnektir. Teorik olarak, yaklaşık yüzde 15’lik bir maksimum elastik gerilmeye sahip olmalıdır. Gerçek dünyada, şimdiye kadar ölçülen maksimum elastik gerilme yüzde 0,3’ten azdı. Bu tutarsızlığın nedeni, buz kristallerinin kırılganlıklarını artıran yapısal kusurlara sahip olmasıydı.
Çin’deki Zhejiang Üniversitesi’nden nanobilimci Peizhen Xu liderliğindeki bir araştırma ekibi, mümkün olduğunca az yapısal kusurla buz yaratmaya çalıştı.
Deney, daha önce denendiğinden çok daha soğuk olan yaklaşık eksi 50 santigrat derecede ultra soğuk bir odada bir tungsten iğnesinden oluşuyordu. Odaya su buharı salındı ve bir elektrik alanı uygulandı. Bu, su moleküllerini iğnenin ucuna çekti, burada kristalleşen su bir insan saçının genişliğinden daha küçük, maksimum yaklaşık 10 mikrometre genişliğinde bir mikrofiber oluşturdular. Bir sonraki adım, sıcaklığı eksi 70 ile eksi 150 santigrat dereceye düşürmekti. Bu düşük sıcaklıklar altında, araştırmacılar buz liflerini bükmeyi denediler.
Eksi 150 santigrat derecede, 4,4 mikrometre çapında bir mikrofiberin, 20 mikrometre yarıçaplı neredeyse dairesel bir şekle bükülebildiğini buldular. Bu, yüzde 10,9’luk bir maksimum elastik gerilmeyi gösterir – önceki denemelere göre bu sonuç teorik sınıra çok daha yakındı.
Daha da iyisi, araştırmacılar buzu serbest bıraktığında, önceki şekline geri döndü. Buz bize aynı görünse de, kristal yapısı biraz değişebilir. Bir buz kristalindeki moleküllerin her konfigürasyonu bir faz olarak bilinir ve bu fazlardan oldukça fazla sayıda vardır. Fazlar arasındaki geçişler, basınç ve sıcaklıkla ilgili çeşitli koşullar altında meydana gelebilir.
Ekip, bükülmüş buzları ile birlikte, doğada bulunan gibi sıradan buzun altıgen kristal formu olan ice Ih olarak bilinen bir buz formundan, buz Ih’nin sıkıştırılmasıyla oluşturulan rhombohedral form ice II’ye böyle bir faz geçişi kaydetti. Bu geçiş, eksi 70 santigrat dereceden daha düşük sıcaklıklarda buz mikrofiberin keskin kıvrımları sırasında meydana geldi ve aynı zamanda tersine çevrilebilirdi. Araştırmacılar, bunun buzdaki faz geçişlerini incelemek için yeni bir yol sunabileceğini belirtti.
Son olarak, ekip mükemmele yakın buzlarını ışık için bir dalga kılavuzu olarak kullanmayı denedi ve mikrofiberin bir ucuna bir optik ışık tuttu. Çoklu dalga boyları, silikon nitrür ve silika gibi son teknoloji çip üzerinde dalga kılavuzları kadar etkili bir şekilde iletildi; bu, buz mikrofiberlerinin düşük sıcaklıklarda optik dalga boyları için esnek dalga kılavuzları olarak kullanılabileceğini düşündürdü.
Araştırmacılar makalelerinde şöyle yazdılar: “Düşük sıcaklık sensörleri olarak IMF’lerin kullanımını hayal edebiliriz, örneğin buz üzerinde moleküler adsorpsiyon, çevresel değişiklikler, yapısal çeşitlilik ve buzun yüzey deformasyonunu incelemek gibi.” (Adsorpsiyon ya da tutunma, çözünmüş katı maddeler ile sıvı ve gaz maddelerin atomlarının yüzeye tutunması ile ilgili kimyasal ve fiziksel bir kuvvettir.)
“Kısacası, burada gösterilen elastik buz mikrofiberleri, buz fiziğini keşfetmek için alternatif bir platform sunabilir ve çeşitli disiplinlerde buzla ilgili teknoloji için daha önce keşfedilmemiş fırsatları açabilir.”
Deniz Bora ERGÜN
