Gelo gera eletricidade e desvenda mistério dos raios

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/09/2025

Para os experimentos, o gelo foi colocado entre duas placas metálicas, o que permitiu que ele fosse deformado de modo controlado.
[Imagem: X. Wen et al. - 10.1038/s41567-025-02995-6]

Flexoeletricidade

Os cientistas sempre descreveram o gelo de água como um material inerte. Apesar de ser considerado um mineral e ter mais de 20 estruturas químicas diferentes, apenas sua flutuabilidade passiva na água se destaca, sendo essencial para o equilíbrio do clima terrestre.

Mas parece que o gelo comum, conhecido pelos cientistas como gelo hexagonal Ih, pode ser muito mais interessante do que isso.

Xin Wen e colegas da Universidade Autônoma de Barcelona, na Espanha, acabam de descobrir que o gelo de água pode produzir eletricidade quando deformado de forma irregular - dobrado, esticado ou torcido. E, se isto não fosse suficiente, ele gera eletricidade por dois mecanismos diferentes.

A descoberta principal é que, ao ser deformado, o gelo comum se comporta como um material flexoelétrico. A flexoeletricidade é uma parente mais jovem - ela foi descoberta há pouco tempo - do já bem conhecido efeito piezoelétrico, em que determinados sólidos desenvolvem um campo elétrico interno quando são comprimidos ou esticados. A diferença é que a piezoeletricidade exige simetrias muito precisas dos cristais, enquanto a flexoeletricidade não tem essa exigência.

Embora as moléculas individuais de água sejam polares, o gelo é um material apolar, o que significa que ele não pode gerar eletricidade sob pressão - em outras palavras, o gelo não é piezoelétrico.

"No entanto, ele pode, em princípio, gerar eletricidade sob flexão, pois o acoplamento entre polarização e gradiente de deformação (flexoeletricidade) é sempre permitido pela simetria. Aqui, medimos a flexoeletricidade do gelo e constatamos que ela é comparável à de eletrocerâmicas de referência, como TiO₂ e SrTiO₃," contou a equipe.

Flexoeletricidade em eventos de eletrificação do gelo comum.
[Imagem: X. Wen et al. - 10.1038/s41567-025-02995-6]

Ferroeletricidade

Mas isso não é tudo. Além da flexoeletricidade, os cientistas também detectaram um comportamento ferroelétrico na superfície do gelo durante a deformação e sob temperaturas mais baixas.

"Nós descobrimos que o gelo gera carga elétrica em resposta ao estresse mecânico em todas as temperaturas. Além disso, identificamos uma fina camada 'ferroelétrica' na superfície em temperaturas abaixo de -113 °C," contou o professor Wen.

Essa propriedade coloca o gelo no mesmo nível de materiais eletrocerâmicos de ponta, que vêm sendo usados na fabricação de sensores e capacitores.

"Isso significa que a superfície do gelo pode desenvolver uma polarização elétrica natural, que pode ser revertida quando um campo elétrico externo é aplicado - semelhante à inversão dos polos de um ímã. A ferroeletricidade da superfície é uma descoberta interessante por si só, pois significa que o gelo pode ter não apenas uma maneira de gerar eletricidade, mas duas: ferroeletricidade em temperaturas muito baixas e flexoeletricidade em temperaturas mais altas, até 0 °C," disse Wen.

Gelo nas tempestades

Será necessário um pouco de criatividade para criar geradores elétricos de gelo - nos polos da Terra e da Lua ou em Marte eles seriam bem-vindos - mas há outro aspecto crucial nesta descoberta: A flexoeletricidade do gelo pode ser a responsável pela eletrificação das nuvens durante as tempestades e, portanto, pode explicar a origem dos raios.

Sabemos que os raios se formam quando um potencial elétrico se acumula nas nuvens devido a colisões entre partículas de gelo, que se tornam eletricamente carregadas - no fim das contas, esse potencial é liberado como um raio. No entanto, ninguém entendia o mecanismo pelo qual as partículas de gelo se tornam eletricamente carregadas, já que o gelo não é piezoelétrico - ele não gera carga elétrica simplesmente pela compressão gerada durante as colisões.

A descoberta de que o gelo pode ficar eletricamente carregado quando submetido a deformações não homogêneas, ou seja, quando se curva ou se deforma irregularmente, pode finalmente ter desvendado o mistério: A flexoeletricidade pode ser a explicação para a geração do potencial elétrico que gera os raios durante as tempestades.

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