环球科学杂志社
25-09-30 09:11 微博认证:《科学美国人》中文版

冰是地球上最丰富的物质之一,它存在于冰川、山峰和极地冰盖中。尽管冰的种种特性早已为人所熟知,但直到今天,科学家依然在不断深入研究这类物质。最近,一项发表于《自然·物理学》(Nature Physics)的研究首次发现,冰具有挠曲电性,即非均匀变形(比如弯曲)时会引起材料极化,进而产生电压。这项发现可能对未来技术设备的发展具有重要意义,并有助于解释雷暴中的闪电形成等自然现象。

普通的冰是一种非极性材料,无法在压力下发电。但研究人员发现,在任何温度下,冰都会在机械应力的作用下产生电荷,而在-113℃下,其表面还发现了一层薄薄的“铁电”层。这意味着冰可能有两种发电方式:极低温度下的铁电性,以及高达0℃高温下的挠曲电性。这一发现不仅让冰有了类似二氧化钛等电陶瓷材料的应用前景,也可能帮助理解雷暴中云层的带电过程,从而解释闪电的起源。闪电的形成是由于云层中冰粒碰撞产生电势,随后以雷击的方式释放,但由于冰粒不具有压电性,无法仅通过碰撞过程中的压缩产生电荷,因此过去其带电机制一直不清楚。但作者在研究中测量了一块冰弯曲时产生的电势,其结果与此前在雷暴天气中观测到冰粒碰撞结果相符。这项发现表明,挠曲电性可能是雷暴天气中闪电电势的一种来源。未来,研究人员希望能进一步利用冰的挠曲电性,来实现现实世界中的应用。 http://t.cn/AX7oU8hW