“柔电”能力颠覆认知，冰块竟能发电？科学家发现冰的新秘密

我们每天都接触的冰，可能远比我们想象的要神奇。它不仅仅是冷冻的水，最近一项由国际科学家团队主导的研究，就揭示了冰一个惊人的新特性：当它被弯曲或扭转时，竟然能产生电力。这个听起来像科幻小说的发现，可能不仅会为未来的技术设备开辟新方向，甚至能帮助我们解开大自然最宏大的谜团之一——闪电是如何形成的。

这项研究的成果发表在权威期刊《自然物理学》上，研究人员来自中国的西安交通大学、美国的石溪大学以及西班牙的ICN2。他们发现，普通冰块有一种叫做“柔电”的特性。这和我们常听说的“压电”效应不一样，压电是材料在受到均匀挤压时产生电荷，而柔电则是在材料发生不均匀的变形，比如弯曲或者扭转时，才会产生电荷。研究人员通过精密的实验，将冰块放在两块金属板之间，然后使其发生弯曲，结果成功测量到了产生的电势。这项发现一举将冰这种常见材料，和目前用于传感器、电容器等先进电子设备中的二氧化钛等电陶瓷材料相提并论。

这项发现最让人兴奋的，就是它和我们日常生活中的自然现象产生了直接联系。长期以来，科学家们都知道，闪电的形成和雷暴云中的冰粒碰撞有密切关系。当大量的冰粒在云层中互相摩擦、碰撞时，会产生电荷，当电荷累积到一定程度，就会以一道惊人的闪电形式释放出来。但是，冰粒是如何带上电荷的，这个机制一直是个未解之谜。因为冰不具备压电效应，仅仅靠碰撞产生的挤压并不能很好地解释电荷的来源。而现在，柔电效应的发现提供了一个完美的答案。在湍急的雷暴云中，冰晶和冰粒无时无刻不在发生着剧烈的、不规则的碰撞和弯曲，正是这种不均匀的变形，可能才是冰粒带电、最终引发雷击的真正原因。这项研究的结果，和科学家们之前在雷暴云中观测到的现象完全吻合，为解释闪电的起源提供了一种全新的、极具说服力的可能。

除了在常温下的柔电特性，科学家们还发现了冰的另一个秘密。在零下113摄氏度（160开尔文）的极低温度下，冰的表面竟然会形成一层非常薄的“铁电”层。这个概念听起来有点复杂，但可以简单理解为，冰的表面产生了一个自然的电极，就像磁铁有南北极一样，这个电极化在外部电场的作用下还可以反转。这个发现本身就非常酷，因为它意味着冰可能不只通过柔电效应来发电，在极低温度下还能通过铁电效应产生电荷。换句话说，冰可能拥有两种不同的发电方式。

虽然目前这项研究还处于基础阶段，但它的潜在应用价值已经让研究人员们充满想象。既然冰本身就是一种可以发电的“活性材料”，那么在未来，我们或许可以开发出直接利用冰来制造的新型电子设备。这些设备可以直接在极寒的环境中制造和使用，比如在遥远的极地考察站，或者在太空探索中。这个发现提醒我们，即使是最普通、最常见的物质，也可能蕴藏着我们尚未发掘的巨大潜力。对冰这种简单物质的深入探索，不仅推进了我们对自然现象的理解，也为未来的科技发展点亮了一盏新的明灯。

参考资料：DOI:10.1038/s41567-025-02995-6