Gestresstes Eis erzeugt Elektrizität – Neues aus der Forschung

Wissenschaftler:innen haben überraschend entdeckt, dass Eis unter mechanischem Stress Elektrizität erzeugen kann. Diese neue Erkenntnis verändert unser Verständnis eines der bekanntesten Materialien überhaupt.

Ungewöhnliche elektrische Eigenschaften von Eis

Ein internationales Forschungsteam hat herausgefunden, dass gewöhnliches Eis elektromechanische Eigenschaften besitzt. Wird Eis gebogen, gestreckt oder verdreht, entsteht elektrische Spannung. Diese sogenannte Flexoelektrizität konnten die Forschenden erstmals nachweisen, wie sie am 27. August 2025 im Fachjournal Nature Physics berichten. Interessant ist außerdem, dass sich die elektrischen Charakteristika von Eis mit der Temperatur verändern. Das wirft neue Fragen darüber auf, welche weiteren Eigenschaften Eis möglicherweise noch verbirgt.

Xin Wen, leitender Autor der Studie und Nanophysiker am Institut de Nanociencia i Nanotecnologia in Spanien, betont:

Das Forschungsergebnis ändert den Blick auf Eis – von einem passiven zu einem aktiven Material.

Eiskristalle bestehen aus Wasserstoff- und Sauerstoffmolekülen, die als Wasserstoffbrücken polarisiert sind. Doch im hexagonalen Gitter ordnen sich diese Moleküle so an, dass sie piezoelektrische Wirkung eigentlich verhindern. Trotzdem erzeugt Eis in bestimmten Situationen Elektrizität. Bisher konnte man dies bei der Entstehung von Blitzen durch aufgeladene Eispartikel in Wolken beobachten.

Flexoelektrizität – die Lösung für ein altes Rätsel

Ein zentrales Rätsel der Molekülchemie war bisher, warum Eis nicht piezoelektrisch ist, obwohl kristalline Komponenten dazu eigentlich fähig wären. Die Forscher:innen untersuchten nun einen anderen Ansatzpunkt – die Flexoelektrizität, also das Auftreten elektrischer Spannung, bei der Verformung von Material. Sie ist nicht an Kristallsymmetrie gebunden und kann bei vielen Materialien auftreten.

Im Versuch wurde ein Eisblock zwischen zwei Elektroden platziert. Die Wissenschaftler:innen bestätigten eindeutig, dass die erzeugte Elektrizität nicht durch Piezoelektrizität verursacht war. Bei der Biegung von Eis entsteht nachweisbar eine elektrische Ladung, und das bei allen Temperaturbereichen, die das Team untersuchte. Besonders überraschend entdeckten sie eine dünne ferroelektrische Schicht an der Eisoberfläche bei Temperaturen unter -113 Grad Celsius, also unter -171,4 Grad Fahrenheit. Diese Schicht kann ihre elektrische Polarität umkehren, sobald ein äußeres elektrisches Feld angelegt wird – vergleichbar mit den umkehrbaren Polen eines Magneten.

Wen erläutert: „Eis kann Elektrizität auf zwei Wegen erzeugen: Flexoelektrizität bei Temperaturen bis 0 Grad Celsius und Ferrolelektrizität bei sehr tiefen Temperaturen.“

Relevanz für Technologie und Natur

Die neuen Erkenntnisse könnten künftig technologische Anwendungen inspirieren. So vergleichen die Forschenden die elektrischen Eigenschaften polarisierten Eises mit solchen von keramischen Materialien wie Titanoxid, die bereits in fortschrittlichen Bauteilen – etwa Sensoren oder Kondensatoren – verwendet werden. Noch deutlicher ist jedoch die Verbindung zu natürlichen Prozessen wie Blitzen: Die im Experiment gemessene elektrische Spannung durch Flexoelektrizität entspricht der, die beim Zusammenstoß geladener Eispartikel in Gewitterwolken entsteht. Die Entdeckung legt nahe, dass Flexoelektrizität tatsächlich zum natürlichen Ladungsaufbau in Wolken beitragen könnte.

Die Forschung weckt viele neue Fragen, etwa wie bedeutend die Flexoelektrizität in der Natur wirklich ist. Zukünftige Studien sollen prüfen, ob es noch weitere unentdeckte Folgen dieser Eigenschaft gibt. Die Entdeckung zeigt, wie wenig bislang über ein so alltägliches Material wie Eis bekannt war und wie viele Geheimnisse auch bekannte Stoffe bergen können.

Via: https://gizmodo.com

Bildquelle Unsplash

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