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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
科技新報／ 記者 林妤柔
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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