解開多年來閃電之謎：冰真能產生電？科學家找到背後機制了

作者 林 妤柔 | 發布日期 2025 年 09 月 04 日 18:19 | 分類 科技趣聞  自然科學 查看翻譯

你相信冰能產生電力嗎？雖然讓人難以置信，但根據《Nature Physics》上一項新研究指出，科學家發現普通的冰其實具有「撓曲電性」（flexoelectricity），亦即當彎曲或變形冰塊時，它就能產生電力。

這項發現由巴塞隆納自治大學（UAB）、西安交通大學，以及紐約石溪大學（Stony Brook University）的研究團隊完成。這也能解釋自然界現象，例如雷雨中閃電的形成。
ICN2 氧化物奈米物理小組成員、研究主導之一的博士 Xin Wen 指出，冰在任何溫度下都能因機械應力而產生電荷，另外還在 -113 ºC（160K）以下的低溫，鑑定出一層薄薄的鐵電層，意味著冰的表面能形成自然的電極化，並且在外部電場作用下可以被翻轉，如磁鐵 N、S 極能反轉一樣。
Xin Wen 繼續說道，這也表示冰產生電力的方式不只一種，而是兩種：在極低溫下展現鐵電性，以及更高溫（如接近 0ºC）展現撓電性。
這種特性讓冰的表現像極二氧化鈦（Titanium Dioxide），即一種應用在感測器與電容器等的高科技裝置中的材料。
解開科學家多年的閃電之謎
這項發現也為氣象學長久以來的一個謎團提供解釋。
科學家們都知道，當冰粒子在暴風雨的雲層中相互碰撞時，會累積形成電荷，進而引發閃電。這些冰粒子碰撞會產生電荷，最終以閃電的形式爆發，但充電過程中的背後機制卻不明朗。
也因此，科學家始終無法解釋這些冰晶碰撞如何引發火花、產生閃電的？但事實上，冰雖不是壓電體（piezoelectric），擠壓它不會產生電流，但關鍵或許不在「擠壓」，而是「彎曲」。
ICN2 氧化物奈米物理組負責人 Gustau Catalán 進行了可能改變氣象學理解的實驗。他表示，「研究期間，我們測量了彎曲冰板時產生的電位，結果與之前在雷暴冰粒子碰撞時觀測到的現象一致」。
冰有望做為主動材料？
為了測試冰的撓曲電性，研究人員將一塊冰放在兩塊金屬板之間，並連接到測量裝置。當他們彎折冰塊時，果然產生了電訊號，與雷雨中冰粒子碰撞時的現象極為相似。
研究結果顯示，這種由撓曲電性引發的火花，可能有助於解釋雷雨雲如何帶電，以及閃電是如何形成的。
目前研究人員正進一步探索，這種冰的奇特現象能否應用在現實科技中，例如推動以冰做為主動材料的電子設備，專為極地、高海拔地區或冰凍衛星環境等傳統電子產品難以運作的環境製造。
雖然仍處於早期研究階段，但這項發現或許能讓冰，從單純的冷卻物，搖身一變成為未來創新材料。

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（首圖來源：pixabay）