一开始以为是水蒸气结成的冰影响了实验，等排查后才发现是设备参数错了。
但就是这次意外，让团队萌生了 “研究冰的挠曲电效应” 的想法。
为了准确测量，他们还专门琢磨出了制备纯冰的方法 —— 把抽过真空的去离子水注在电极片之间，再把温度降到零下 45 摄氏度，让水直接冻成冰梁。
最后测出冰的挠曲电系数，大概在纳库伦 / 米的量级。
更意外的是，电极和冰接触的地方，还会形成一层铁电 “皮肤层”，能进一步增强挠曲电效应。
虽然挠曲电效应比压电效应弱，但胜在适用范围广，而且材料越小、越薄，效果越强。
这一点，刚好能和雷暴云里的情况对上。
团队很快就想到，这可能和闪电有关，2023 年完成实验后，就把这个猜测写进了论文初稿。
可因为没有接触起电领域的研究背景，他们提出的雷电模型没让审稿人满意。
好在最后遇到了一位负责的审稿专家，不仅写了几十页的意见，还帮他们梳理了模型里的问题。
这位专家说：“这个领域太复杂，过去十年没什么进展，你们的理论能和实验结果对上，已经是奇迹了。”
在专家的帮助下，团队完善了模型，不仅能解释冰粒碰撞时的电荷转移量，还能说清雷暴云 “正负正” 的电荷分层结构。
简单来说，雷暴云里的小冰粒会被上升气流推着往上走，和往下落的霰粒（软雹）撞在一起。
高速碰撞时，两者接触的地方会弯曲形变，产生的挠曲电场会把冰球表面液体层里的正负离子分开 —— 正离子跑到冰粒上，负离子跑到霰粒上。
在云层高处，温度低，冰的挠曲电系数让冰粒带正电、霰粒带负电，所以云顶攒了大量正电荷，中下部是负电荷。
而到了靠近地面的地方，温度稍高，冰的挠曲电系数变了符号，霰粒反而带正电，这就有了云底的小范围正电荷区。
今年 8 月，中国科学院大气物理研究所还做了个补充实验。
他们在风洞里模拟雷暴云的环境，用高速摄像机记录冰粒和霰粒的碰撞过程。
结果发现，每次碰撞产生的电荷转移量，和申胜平团队的模型预测几乎一致。
而且当他们改变风洞的温度，让环境接近云底的温度时，电荷分布真的出现了反转，完全印证了 “挠曲电系数随温度变号” 的结论。
除了纯冰，团队还研究了盐冰。
毕竟自然界的冰大多含有杂质，海洋上空的云里更是有不少盐分。
他们把氯化钠掺进冰里，发现盐冰弯曲时的产电能力，最高能比纯冰强上千倍，而且产电机制和纯冰完全不一样。
这个发现后来还登上了《自然・材料学》的封面。
原来，在零下 65 摄氏度以上，盐冰的晶粒之间会出现 “准液体层”，盐分会聚集在这里。
弯曲盐冰的时候，准液体层里的钠离子会沿着纳米通道定向流动，形成离子电流，团队把这个机制命名为 “挠曲流电效应”。
现在，他们已经根据这个特性设计出了特殊的挠曲梁结构，测试时的输出功率能和目前最好的挠曲电材料钛酸锶钡媲美。
这意味着，未来盐冰说不定能用来做力电换能器，成为一种清洁能源。
甚至有天文学家猜测，木卫二表面的冰壳在受到撞击或构造活动时，可能也会通过这种效应产生电能，为冰层下的海洋提供生命所需的能量。
虽然一个研究没法完全解开闪电的所有谜题，但中国科学家的发现，确实为我们打开了新的大门。
从偶然发现实验异常，到破解困扰多年的科学难题，再到延伸出清洁能源的新可能，这背后不仅是科研人员的坚持，更是科学探索的魅力。
未来，随着更多研究的推进，说不定还有更多关于 “冰” 的惊喜在等着我们。返回搜狐，查看更多