Bề mặt đá hay băng luôn trơn tuột, chuyên gia giải mã sao?
Khi trượt chân trên băng hay đá, thường chúng ta không mấy quan tâm đến nguyên nhân tại sao bề mặt băng lại trơn tuột như vậy. Tuy nhiên, sự trơn trượt của băng đã làm đau đầu các nhà khoa học suốt hơn 160 năm qua.
Gần đây, nhờ những tiến bộ trong công nghệ và phương pháp nghiên cứu, các khoa học đã tìm ra lời giải thích thuyết phục cho hiện tượng trơn tuột của băng hay đá.
Ý tưởng về lớp phủ giống chất lỏng trên bề mặt băng, một hiện tượng được gọi là "tan chảy trước", đã được nhà khoa học người Anh Michael Faraday đề xuất từ những năm 1850. Nhưng bản chất chính xác của lớp phủ này vẫn là một bí ẩn lớn.
Các nhà khoa học đã phát hiện rằng ngay cả ở nhiệt độ dưới mức đóng băng, bề mặt băng vẫn có một lớp mỏng hoạt động như chất lỏng, khiến băng trở nên trơn trượt.
Trong nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học sử dụng kính hiển vi lực nguyên tử để đo vị trí của các nguyên tử trên bề mặt băng ở nhiệt độ khoảng -150°C. Họ phát hiện ra rằng bề mặt băng không chỉ bao gồm một loại băng mà là hai loại khác nhau: băng Ih, loại băng hình lục giác phổ biến, và băng Ic, với cấu trúc tương tự như kim cương.
Sự kết hợp giữa hai loại băng này tạo ra những khiếm khuyết trong cấu trúc bề mặt. Khi nhiệt độ tăng, những vùng rối loạn này mở rộng, tạo ra một lớp bán lỏng trên bề mặt băng. Mô phỏng máy tính cho thấy, khi nhiệt độ tiếp tục tăng, lớp hỗn loạn này phủ khắp bề mặt băng, khiến nó có đặc tính giống như chất lỏng, làm cho băng trở nên trơn trượt.
Để xác định chính xác cấu trúc bề mặt băng, nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật đặc biệt với kính hiển vi lực nguyên tử. Họ gắn một phân tử carbon monoxide vào đầu dò của kính hiển vi, cho phép họ đo lực giữa đầu nhọn và bề mặt băng, từ đó suy ra vị trí của các nguyên tử hydro.
Nhờ phương pháp này, các nhà khoa học có thể nhìn thấy cấu trúc phức tạp của bề mặt băng và hiểu rõ hơn về hiện tượng tan chảy trước.
Nghiên cứu này không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về đặc tính của băng mà còn mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong việc nghiên cứu và xử lý các vật liệu ở nhiệt độ thấp. Những phát hiện này có thể có ảnh hưởng lớn đến các lĩnh vực như sản xuất vật liệu siêu dẫn, công nghệ bảo quản lạnh và thậm chí là cả trong ngành y học.
Mời quý độc giả xem thêm video: Kỳ lạ hồ nước ở Trung Quốc dù khô cạn nhưng chứa toàn đá quý.
