얼음의 굽힘전기성과 표면 강유전성

Conceptos Básicos

얼음은 굽힘전기성을 가지고 있으며, 표면에서는 강유전성 상전이가 나타난다.

Resumen

이 연구에서는 얼음의 굽힘전기성과 표면 강유전성을 실험적으로 관찰하였다.

먼저, 얼음 시편을 제작하여 동적 기계 분석기로 3점 굽힘 변형을 가하면서 유도되는 전하를 측정하였다. 그 결과 얼음의 굽힘전기 계수가 세라믹 물질과 유사한 수준인 약 2 nC/m로 나타났다.

온도에 따른 측정 결과, 248 K 이상에서는 준액체층 형성으로 인한 기계적 연화와 굽힘전기성의 변화가 관찰되었다. 203 K에서 248 K 사이에서는 비교적 일정한 굽힘전기 계수를 보였다. 그러나 203 K 이하에서는 굽힘전기 계수가 다시 증가하여 약 163 K에서 최대값 7.6 nC/m를 나타냈다.

이러한 온도 의존성은 강유전성 상전이와 관련된 것으로 추정된다. 실제로 얇은 얼음 박막에서 163 K 부근의 강유전성 상전이가 보고된 바 있다. 본 연구에서는 이러한 표면 강유전성이 두꺼운 벌크 시편에서도 관찰되었으며, 전극 물질에 따라 그 크기가 달라지는 것을 확인하였다. 이는 전극-얼음 계면에서의 전하 이동에 의한 것으로 해석된다.

마지막으로, 얼음의 굽힘전기성이 얼음-그라펠 입자 간 충돌에 의한 대전 현상을 설명할 수 있음을 보였다. 충돌 시 발생하는 변형 구배에 의해 유발되는 굽힘전기 분극이 대전의 구동력으로 작용할 수 있다는 것을 확인하였다.

Estadísticas

얼음의 굽힘전기 계수는 약 2 nC/m 수준이다.
최대 굽힘전기 계수는 약 163 K에서 7.6 nC/m로 관찰되었다.
전극 물질에 따라 최대 굽힘전기 계수가 Au 전극의 경우 7.6 nC/m, Pt 전극의 경우 15 nC/m로 달라진다.

Citas

"얼음은 굽힘전기성을 가지고 있으며, 표면에서는 강유전성 상전이가 나타난다."
"충돌 시 발생하는 변형 구배에 의해 유발되는 굽힘전기 분극이 대전의 구동력으로 작용할 수 있다."

Ideas clave extraídas de

Flexoelectricity and surface ferroelectricity of water ice

by Xin Wen, Qia... a las arxiv.org 10-01-2024

https://arxiv.org/pdf/2212.00323.pdf

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