“柔電”能力顛覆認知，冰塊竟能發電？科學家發現冰的新秘密

我們每天都接觸的冰，可能遠比我們想象的要神奇。它不僅僅是冷凍的水，最近一項由國際科學家團隊主導的研究，就揭示了冰一個驚人的新特性：當它被彎曲或扭轉時，竟然能產生電力。這個聽起來像科幻小說的發現，可能不僅會為未來的技術設備開辟新方向，甚至能幫助我們解開大自然最宏大的謎團之一——閃電是如何形成的。

這項研究的成果發表在權威期刊《自然物理學》上，研究人員來自中國的西安交通大學、美國的石溪大學以及西班牙的ICN2。他們發現，普通冰塊有一種叫做“柔電”的特性。這和我們常聽說的“壓電”效應不一樣，壓電是材料在受到均勻擠壓時產生電荷，而柔電則是在材料發生不均勻的變形，比如彎曲或者扭轉時，才會產生電荷。研究人員通過精密的實驗，將冰塊放在兩塊金屬板之間，然后使其發生彎曲，結果成功測量到了產生的電勢。這項發現一舉將冰這種常見材料，和目前用于傳感器、電容器等先進電子設備中的二氧化鈦等電陶瓷材料相提并論。

這項發現最讓人興奮的，就是它和我們日常生活中的自然現象產生了直接聯系。長期以來，科學家們都知道，閃電的形成和雷暴云中的冰粒碰撞有密切關系。當大量的冰粒在云層中互相摩擦、碰撞時，會產生電荷，當電荷累積到一定程度，就會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，這個機制一直是個未解之謎。因為冰不具備壓電效應，僅僅靠碰撞產生的擠壓并不能很好地解釋電荷的來源。而現在，柔電效應的發現提供了一個完美的答案。在湍急的雷暴云中，冰晶和冰粒無時無刻不在發生著劇烈的、不規則的碰撞和彎曲，正是這種不均勻的變形，可能才是冰粒帶電、最終引發雷擊的真正原因。這項研究的結果，和科學家們之前在雷暴云中觀測到的現象完全吻合，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，科學家們還發現了冰的另一個秘密。在零下113攝氏度（160開爾文）的極低溫度下，冰的表面竟然會形成一層非常薄的“鐵電”層。這個概念聽起來有點復雜，但可以簡單理解為，冰的表面產生了一個自然的電極，就像磁鐵有南北極一樣，這個電極化在外部電場的作用下還可以反轉。這個發現本身就非常酷，因為它意味著冰可能不只通過柔電效應來發電，在極低溫度下還能通過鐵電效應產生電荷。換句話說，冰可能擁有兩種不同的發電方式。

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

參考資料：DOI:10.1038/s41567-025-02995-6