“柔電”能力顛覆認(rèn)知，冰塊竟能發(fā)電？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)冰的新秘密

我們每天都接觸的冰，可能遠(yuǎn)比我們想象的要神奇。它不僅僅是冷凍的水，最近一項(xiàng)由國際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的研究，就揭示了冰一個(gè)驚人的新特性：當(dāng)它被彎曲或扭轉(zhuǎn)時(shí)，竟然能產(chǎn)生電力。這個(gè)聽起來像科幻小說的發(fā)現(xiàn)，可能不僅會(huì)為未來的技術(shù)設(shè)備開辟新方向，甚至能幫助我們解開大自然最宏大的謎團(tuán)之一——閃電是如何形成的。

這項(xiàng)研究的成果發(fā)表在權(quán)威期刊《自然物理學(xué)》上，研究人員來自中國的西安交通大學(xué)、美國的石溪大學(xué)以及西班牙的ICN2。他們發(fā)現(xiàn)，普通冰塊有一種叫做“柔電”的特性。這和我們常聽說的“壓電”效應(yīng)不一樣，壓電是材料在受到均勻擠壓時(shí)產(chǎn)生電荷，而柔電則是在材料發(fā)生不均勻的變形，比如彎曲或者扭轉(zhuǎn)時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生電荷。研究人員通過精密的實(shí)驗(yàn)，將冰塊放在兩塊金屬板之間，然后使其發(fā)生彎曲，結(jié)果成功測量到了產(chǎn)生的電勢。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)一舉將冰這種常見材料，和目前用于傳感器、電容器等先進(jìn)電子設(shè)備中的二氧化鈦等電陶瓷材料相提并論。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)最讓人興奮的，就是它和我們?nèi)粘Ｉ钪械淖匀滑F(xiàn)象產(chǎn)生了直接聯(lián)系。長期以來，科學(xué)家們都知道，閃電的形成和雷暴云中的冰粒碰撞有密切關(guān)系。當(dāng)大量的冰粒在云層中互相摩擦、碰撞時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電荷，當(dāng)電荷累積到一定程度，就會(huì)以一道驚人的閃電形式釋放出來。但是，冰粒是如何帶上電荷的，這個(gè)機(jī)制一直是個(gè)未解之謎。因?yàn)楸痪邆鋲弘娦?yīng)，僅僅靠碰撞產(chǎn)生的擠壓并不能很好地解釋電荷的來源。而現(xiàn)在，柔電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)提供了一個(gè)完美的答案。在湍急的雷暴云中，冰晶和冰粒無時(shí)無刻不在發(fā)生著劇烈的、不規(guī)則的碰撞和彎曲，正是這種不均勻的變形，可能才是冰粒帶電、最終引發(fā)雷擊的真正原因。這項(xiàng)研究的結(jié)果，和科學(xué)家們之前在雷暴云中觀測到的現(xiàn)象完全吻合，為解釋閃電的起源提供了一種全新的、極具說服力的可能。

除了在常溫下的柔電特性，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了冰的另一個(gè)秘密。在零下113攝氏度（160開爾文）的極低溫度下，冰的表面竟然會(huì)形成一層非常薄的“鐵電”層。這個(gè)概念聽起來有點(diǎn)復(fù)雜，但可以簡單理解為，冰的表面產(chǎn)生了一個(gè)自然的電極，就像磁鐵有南北極一樣，這個(gè)電極化在外部電場的作用下還可以反轉(zhuǎn)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)本身就非?？?，因?yàn)樗馕吨赡懿恢煌ㄟ^柔電效應(yīng)來發(fā)電，在極低溫度下還能通過鐵電效應(yīng)產(chǎn)生電荷。換句話說，冰可能擁有兩種不同的發(fā)電方式。

雖然目前這項(xiàng)研究還處于基礎(chǔ)階段，但它的潛在應(yīng)用價(jià)值已經(jīng)讓研究人員們充滿想象。既然冰本身就是一種可以發(fā)電的“活性材料”，那么在未來，我們或許可以開發(fā)出直接利用冰來制造的新型電子設(shè)備。這些設(shè)備可以直接在極寒的環(huán)境中制造和使用，比如在遙遠(yuǎn)的極地考察站，或者在太空探索中。這個(gè)發(fā)現(xiàn)提醒我們，即使是最普通、最常見的物質(zhì)，也可能蘊(yùn)藏著我們尚未發(fā)掘的巨大潛力。對冰這種簡單物質(zhì)的深入探索，不僅推進(jìn)了我們對自然現(xiàn)象的理解，也為未來的科技發(fā)展點(diǎn)亮了一盞新的明燈。

參考資料：DOI:10.1038/s41567-025-02995-6