科學家發現冰塊形變可發電，開啟嶄新科技大道

一項發表於2025年9月《自然物理學》期刊的突破性研究，揭示了冰塊在受到不均勻形變時能產生電能的現象，此為「彎曲電效應」（flexoelectricity）的應用。此發現由西班牙國家奈米科學與奈米材料研究所（ICN2）的科學家領軍，並與中國西安交通大學及美國石溪大學合作完成，為在寒冷環境中開發電子裝置與能源採集系統開闢了新的可能性。

研究團隊發現，純淨的冰塊在形變時確實會產生電荷，但其強度相對較低，尚不足以應用於實際科技。然而，當加入濃度25%的常見食鹽後，冰塊的彎曲電效應係數竟提高了千倍，使其表現與目前電子學領域使用的材料相當。這種現象有望用於開發低成本的感測器和能源採集裝置，且這些裝置可以直接在極寒環境，如極地地區製造。

此外，這項研究結果也可能深化我們對冰冷環境中自然過程的理解，例如冰川的運作，以及太陽系中冰衛星（如歐羅巴和恩賽拉都斯）上電活動的存在。此發現為在寒冷地區的能源生成提供了新途徑，並可能應用於理解閃電形成等自然現象。研究團隊正積極探索如何將冰塊的這些特性轉化為實際應用。儘管距離具體的解決方案仍有距離，但這項發現為開發以冰為活性材料的新型電子裝置鋪平了道路，這些裝置將能在寒冷且偏遠的環境中直接製造。這項科學進展不僅具有技術上的意義，更有助於增進對自然現象的理解，並促進潔淨與永續技術的發展。

值得注意的是，彎曲電效應是一種普遍存在於所有電介質材料中的現象，其原理是材料的極化與應變梯度之間的耦合。與壓電效應不同，彎曲電效應不要求材料具有非中心對稱的晶體結構，這意味著更廣泛的材料皆可能展現此特性。研究人員測量到的冰塊彎曲電效應係數約為1.14±0.13 nC/m，此數值可與二氧化鈦和鈦酸鋇等用於電容器和感測器的陶瓷材料相媲美。這項發現也可能解釋風暴雲中冰晶碰撞時的電荷產生機制，為閃電的形成提供新的視角。此外，研究還指出，在低於-113°C的溫度下，冰的表面會形成一層鐵電層，能夠在外部電場作用下反轉其電極化方向，這為冰的電學特性增添了更多層次的複雜性與應用潛力。