北京
千万别招惹冰。这种物质在受压时会产生惊人火花。
科学家发现普通冰 —— 与冰咖啡或山顶霜冻中的物质相同 —— 拥有非凡的机电特性。根据8月27日发表在《自然·物理学》的研究，冰具有挠曲电效应，因此在弯曲、拉伸或扭曲时能产生电流。更重要的是，冰的特殊电特性似乎会随温度变化，这令研究人员好奇它是否还隐藏着其他秘密。
该研究第一作者、西班牙加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所纳米物理学家温欣（音）通过邮件告诉媒体："这项研究改变了我们对冰的认知：从被动材料转变为可能同时具备基础研究价值与应用价值的活性材料。"
分子化学领域的悬案
分子化学领域有一个未解之谜：为何冰的结构会阻碍其压电效应？科学家所说的压电效应，是指机械应力改变固体整体极性或电偶极矩时产生电荷的现象。
构成冰晶的水分子具有极性。但当这些单独分子组织成六方晶体时，几何排列会随机定向这些水分子的偶极。因此，最终系统无法产生任何压电效应。
然而众所周知，冰自然状态下能产生电能，例如带电冰粒碰撞会产生闪电。由于冰似乎不具有压电效应，科学家一直困惑于冰粒子最初是如何带电的。
研究人员在论文中指出："尽管人们对冰持续关注且已积累大量知识，但新物相和异常特性仍在不断被发现。"他们补充说，这种令人不满的认知差距表明"我们对这种无处不在材料的理解并不完整"。
惊人简单的解决方案
幸运的是，科学善于分解看似基本的概念。电学也不例外，因此研究人员决定研究不同"类型"的电。
几何结构是理解冰被观测到的带电行为的最大障碍，因此研究团队选择研究挠曲电效应 —— 他们解释称这种效应"可以存在于任何对称性的材料中"。
实验中，他们将冰片置于两个电极之间，同时确认产生的电流并非压电效应。令人兴奋的是，弯曲冰片会产生电荷，且在所有温度下均如此。但出乎意料的是，在低于华氏零下171.4度（摄氏零下113度）时，冰片表面会形成薄铁电层。
温欣在声明中解释："这意味着冰表面可产生自然电极化，当施加外部电场时这种极化会发生逆转 —— 类似于磁铁磁极可被翻转的原理。"
他补充说令人惊讶的是，"冰可能不只有一种发电方式，而是两种：在极低温下呈现铁电性，在更高温度直至零摄氏度时呈现挠曲电效应。"
受压冰的应用价值
研究人员表示，这一发现既具有应用价值又富有启发性。他们指出，首先挠曲电性与铁电性之间的"切换"使冰"与二氧化钛等电子陶瓷材料媲美，后者目前应用于传感器和电容器等先进技术"。
或许更明显的是该发现与自然现象（即雷暴）的关联。研究表明，实验中挠曲电效应产生的电势与冰粒碰撞产生的能量高度匹配。至少可以合理推断，挠曲电效应部分参与了雷云内部冰粒的相互作用。
温欣告诉媒体："凭借对冰的新认知，我们将重新审视自然界中与冰相关的过程，探寻是否还存在其他一直被忽视的、冰挠曲电效应带来的深远影响。"
研究人员承认两项结论都需要进一步验证。尽管如此，这些发现为冰这种常见物质提供了启发性新见解，也揭示出我们对这个世界仍有太多需要探索之处。
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