Todos hemos interactuado alguna vez con hielo y obviamente sabemos que no es flexible. De hecho, es todo lo contrario: rígido, quebradizo, y se rompe con facilidad. Por eso, es sorprendente que científicos hayan logrado cultivar microfibras de hielo de agua que pueden doblarse. La investigación se encuentra publicada en Science.

El hielo no siempre se comporta de la manera que esperamos, y su elasticidad, o mejor dicho, la falta de ella, es un ejemplo perfecto. Teóricamente, debería tener una deformación elástica máxima de alrededor del 15%. Pero en el mundo real, la deformación elástica máxima jamás medida ha sido inferior al 0,3%. Esta discrepancia se debe a que los cristales de hielo tienen imperfecciones estructurales, las cuales aumentan su fragilidad.

Hielo «perfecto»

Un equipo de investigadores dirigido por el nanocientífico Peizhen Xu de la Universidad de Zhejiang en China se aventuró en la búsqueda de crear hielo con la menor cantidad posible de imperfecciones estructurales. Los sorprendentes resultados abren nuevas oportunidades para la exploración de la física del hielo.

El experimento consistió en utilizar una aguja de tungsteno en una cámara ultra fría, a unos 50°C bajo cero, mucho más fría de lo que se había intentado anteriormente. Liberaron vapor de agua en la cámara para luego aplicar un campo eléctrico. Esto atrajo moléculas de agua a la punta de la aguja, donde se cristalizaron, formando una microfibra con un ancho máximo de alrededor de 10 micrómetros, más pequeño que el ancho de un cabello humano.

El siguiente paso fue bajar aún más la temperatura entre -70° C y -150° C. A estas bajas temperaturas, los científicos intentaron doblar las fibras de hielo. A -150° C, encontraron que una microfibra de 4,4 micrómetros de diámetro podía doblarse en una forma casi circular, con un radio de 20 micrómetros.

Esto sugiere una deformación elástica máxima del 10,9%, mucho más cercana al límite teórico que los intentos anteriores. Todavía mejor, cuando dejaron de someter a presión al hielo, este volvió a su forma anterior. 

Información útil

Quizá el hielo nos parezca lo mismo, pero su estructura cristalina puede variar bastante. Cada configuración de moléculas en un cristal de hielo se conoce como una fase, y hay bastantes de ellas. Las transiciones entre cada una ocurren bajo una variedad de condiciones que tienen que ver con la presión y la temperatura. 

Durante el experimento, notaron una transición de fase, desde una forma de hielo conocida como hielo Ih, (la forma de cristal hexagonal del hielo ordinario como se encuentra en la naturaleza) a la forma romboédrica del hielo II (el cual se forma al comprimir hielo Ih). Esta transición ocurrió durante las curvas pronunciadas de la microfibra de hielo a temperaturas inferiores a -70° C y también fue reversible.

La investigación nos brindaría una nueva forma de estudiar las transiciones de fase en el hielo. Por ejemplo, el equipo intentó usar su hielo casi perfecto como guía de ondas para la luz, colocando una luz óptica en un extremo de la microfibra. Se transmitieron múltiples longitudes de onda con tanta eficacia como las guías de onda en un chip de última generación.

Todo ello sugiere que las microfibras de hielo podrán utilizarse como guías de ondas flexibles para longitudes de onda ópticas a bajas temperaturas. Lo cual, a su vez, se emplearía como sensores de baja temperatura en el estudio de los cambios ambientales, la variación estructural y la deformación de la superficie del hielo. Esto sin contar otras disciplinas.