我們對(duì)于冰塊的印象，通常是透明、冰冷、堅(jiān)硬，是一種再普通不過的物質(zhì)。我們知道它能讓飲料變涼，能用于保存食物，但你可能從未想過，你手中的那一塊冰，或許隱藏著足以改變我們對(duì)物理世界認(rèn)知的超凡能力。最近，來自巴塞羅那加泰羅尼亞納米科學(xué)與納米技術(shù)研究所、西安交通大學(xué)和紐約州立大學(xué)石溪分校的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，揭示了普通冰塊一個(gè)驚人的秘密：它擁有非凡的電學(xué)特性。

這項(xiàng)研究的核心發(fā)現(xiàn)，是冰塊的一種特殊能力，被稱為“撓曲電”。這個(gè)詞聽起來很復(fù)雜，但原理其實(shí)不難理解。簡單來說，撓曲電是指當(dāng)一種材料被不均勻地彎曲或形變時(shí)，它能夠在表面產(chǎn)生電荷。我們之前只在一些特定的晶體材料中發(fā)現(xiàn)過這種現(xiàn)象，但現(xiàn)在，科學(xué)家們首次證實(shí)，就連我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷谋鶋K，也具有這種特性。當(dāng)一塊冰受到機(jī)械應(yīng)力，比如被擠壓或彎曲時(shí)，它內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生輕微變化，從而產(chǎn)生電荷。

這不僅僅是一個(gè)有趣的物理現(xiàn)象，它還可能解答一個(gè)困擾了科學(xué)家們很久的自然謎團(tuán)：閃電是如何形成的。我們知道，雷暴云中的閃電是由于云層內(nèi)部的電荷分離和積累導(dǎo)致的。而云層的主要組成部分就是冰晶。研究人員推測(cè)，在風(fēng)暴云劇烈的氣流作用下，冰晶之間會(huì)發(fā)生快速、不規(guī)則的碰撞和彎曲，這種撓曲電效應(yīng)可能就是產(chǎn)生電荷、引發(fā)閃電的重要原因之一。這項(xiàng)研究為我們理解閃電的形成機(jī)制提供了全新的視角。

除了撓曲電，科學(xué)家們還在研究中有了另一個(gè)意外發(fā)現(xiàn)。當(dāng)冰塊被冷卻到零下113攝氏度以下的極低溫度時(shí)，它的表面會(huì)形成一個(gè)神奇的“鐵電”薄層。鐵電性是指一種材料能夠自發(fā)地產(chǎn)生電極化，并且這種極化方向可以通過外部電場進(jìn)行反轉(zhuǎn)。這就像一個(gè)微型磁鐵，即使沒有外力，它也具有天然的極性，而且它的“南北極”可以被人為翻轉(zhuǎn)。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)本身就非?？幔?yàn)樗馕吨鶋K在極端低溫下，除了撓曲電之外，還擁有另一種獨(dú)特的發(fā)電和儲(chǔ)存電能的方式。

這項(xiàng)研究的突破，遠(yuǎn)不止于解開閃電之謎。它為我們打開了一個(gè)全新的領(lǐng)域，讓我們可以重新審視水的固態(tài)形態(tài)。如果冰塊的這些電學(xué)特性能夠被我們掌握和利用，未來或許可以開發(fā)出基于冰的新型傳感器、能源存儲(chǔ)設(shè)備，甚至是環(huán)境友好的電子元件。從自然現(xiàn)象到未來科技，我們身邊最普通的物質(zhì)——冰，正以一種前所未有的方式，向我們展示它的非凡潛能。

參考資料：DOI: 10.1038/s41567-025-02995-6