En studie som ICN2 varit med och lett visar att is är ett flexoelektriskt material, vilket innebär att det kan producera elektricitet när det deformeras ojämnt. Denna upptäckt, som publicerats i Nature Physics, kan få stora tekniska konsekvenser och samtidigt kasta ljus över naturfenomen som blixtar.
Fryst vatten är ett av de vanligaste ämnena på jorden. Det finns i glaciärer, på bergstoppar och i polarisarna. Även om det är ett välkänt material fortsätter studierna av dess egenskaper att ge fascinerande resultat.
En internationell studie med deltagande av ICN2, UAB-campus, Xi’an Jiaotong University (Xi’an) och Stony Brook University (New York) har för första gången visat att vanligt is är ett flexoelektriskt material.
Med andra ord kan det generera elektricitet när det utsätts för mekanisk deformation. Denna upptäckt kan få betydande konsekvenser för utvecklingen av framtida tekniska apparater och bidra till att förklara naturfenomen som bildandet av blixtar i åskväder.
Studien representerar ett betydande steg framåt i vår förståelse av isens elektromekaniska egenskaper.
”Vi upptäckte att is genererar elektrisk laddning som svar på mekanisk påfrestning vid alla temperaturer. Dessutom identifierade vi ett tunt ’ferroelektriskt’ skikt på ytan vid temperaturer under -113 °C (160 K)”, förklarar Dr Xin Wen, medlem av ICN2 Oxide Nanophysics Group och en av studiens ledande forskare.
”Det innebär att isytan kan utveckla en naturlig elektrisk polarisation, som kan vändas när ett yttre elektriskt fält appliceras – på samma sätt som magnetpolerna kan vändas. Ytans ferroelektricitet är en spännande upptäckt i sig, eftersom det innebär att is inte bara har ett sätt att generera elektricitet, utan två: ferroelektricitet vid mycket låga temperaturer och flexoelektricitet vid högre temperaturer ända upp till 0 °C.”
Denna egenskap placerar is i samma kategori som elektrokeramiska material som titandioxid, som för närvarande används i avancerad teknik som sensorer och kondensatorer.
Experimentell uppställning för mätning av isens flexoelektricitet. Källa: Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02995-6
Is, flexoelektricitet och åskväder
En av de mest överraskande aspekterna av denna upptäckt är dess koppling till naturen. Resultaten av studien tyder på att isens flexoelektricitet kan spela en roll i elektrifieringen av moln under åskväder och därmed i uppkomsten av blixtar.
Det är känt att blixtar bildas när en elektrisk potential byggs upp i moln på grund av kollisioner mellan ispartiklar, som blir elektriskt laddade. Denna potential frigörs sedan i form av ett blixtnedslag. Mekanismen genom vilken ispartiklarna blir elektriskt laddade har dock varit oklar, eftersom is inte är piezoelektrisk – den kan inte generera laddning enbart genom att komprimeras under en kollision.
Studien visar dock att is kan bli elektriskt laddad när den utsätts för ojämna deformationer, dvs. när den böjs eller deformeras på ett oregelbundet sätt.
”Under vår forskning mättes den elektriska potential som genererades genom att böja en isplatta. Mer specifikt placerades blocket mellan två metallplattor och anslöts till en mätanordning. Resultaten stämmer överens med de som tidigare observerats vid ispartikelkollisioner i åskväder”, förklarar ICREA-professor Gustau Catalán, ledare för Oxide Nanophysics Group vid ICN2.
Resultaten tyder således på att flexoelektricitet kan vara en möjlig förklaring till genereringen av den elektriska potential som leder till blixtar under stormar.
Forskarna i gruppen utforskar redan nya forskningsinriktningar som syftar till att utnyttja dessa egenskaper hos is för praktiska tillämpningar.
Även om det fortfarande är lite för tidigt att diskutera potentiella lösningar, kan denna upptäckt bana väg för utvecklingen av nya elektroniska enheter som använder is som aktivt material, vilka skulle kunna tillverkas direkt i kalla miljöer.
Mer information: X. Wen et al, Flexoelectricity and surface ferroelectricity of water ice, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02995-6
