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搜狐科技专栏第137期《思想大爆炸——对话科学家》专题对话西安交通大学航天航空学院院长沉胜平教授。嘉宾简介：沉升平，西安交通大学航空航天学院院长、教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者。研究领域包括智能材料与智能结构、机械耦合理论与应用。要点1、冰作为一种天然固体，不仅可以作为器件研发中的电活性材料，而且为我们深入认识特定的自然现象提供了新的视角。 2、盐（氯化钠）是首选的掺杂剂。这是对人类血液和地球海洋最恶毒的溶质。掺杂后，冰的屈电系数显着增强。 3. 基于ICE的开发设备丰富、清洁、成本低、可就地取材。 4.未来，柔性电ICE效应可应用于超低温下的能量收集和环境监测。搜狐科技撰稿人|编辑：周金通 |羊津、流经山间的冰川、冬天结冰的道路、饮料杯里叮当作响的冰块……在我们的印象中，“冰”通常是冰冷、坚硬、绝缘的。我们似乎从冰中获得的能量非常少，因为冰不像水那样具有很大的动能，或者它不是压电体（在压力下不能发电）。然而，西安交通大学沉升平团队近期在《自然物理》杂志上发表的一项研究成果却改变了这一想法。研究表明，ICE弯曲时可以通过挠曲电效应发电。随后，他们又透露了“自然材料”的另一个突破。在冰上掺盐可以公司将挠曲电系数降低约三个数量级，进一步超过纯冰。针对上述研究成果，搜狐科技采访了沈升平教授，听他讲述电冰是如何发展的，以及这项研究的重要性以及未来冰能应用的场景。采访者“插曲”提供的沈升平团队团队图片，开始了对冰的研究“研究人员就像小孩子一样看世界，保持着好奇心，不断地对常见的东西提出疑问。运气好一点，安静的地方能听到雷声，平凡的地方能看到不平凡的东西。”沈升平领导的团队对冰的屈电冲击的初步研究，来自于一次普通实验中的“整合”。理论上，任何绝缘体都具有挠曲电冲击力，当蹩脚材料在进行各种垫子实验时串行系统。Ample低于零，信号会混乱。 “起初我们怀疑这是水蒸气对样品表面的影响。我们最终确认噪音是由不正确的仪器灵敏度设置引起的。”沉升平表示，肯定是由于“虚假”的实验操作和“误导性”的认知评估，“冰”进入了他们的视野。对于挠曲电测试的一般示例，研究人员通常在“梁”结构中对材料进行弯曲变形，并在上面和下面的表格中显示。金属电极附着在表面以收集弯曲产生的电荷。但由于冰在室温下是液体，团队成员通过特殊的电容结构设计了Am。他们首先在室温下建造了水电容器梁，然后将其设置为产生冰电容器梁。 “我们首先调整连接到相同且向下的电线的电极片温度箱，然后在两个电极之间的间隔处注入水。由于表面的张力，水被限制在电极间隔内，并在冷却过程中结冰，形成具有夹层“电极结构”的样品——电极。”沉胜平比喻道。在较低温度下，他们还注意到冰极化的特殊现象。随着测试温度的降低，弯曲电响应显着提高，并在160k附近产生峰值，然后减弱，表明 re 中存在额外的多聚机制 re in re 这个温度就在这里。当他们第一次注意到 160K（比体相的移动温度更高）的挠电系数时，他们感到震惊，甚至怀疑这可能是实验产物。在重复多组独立实验后，他们发现这个高潮会稳定存在，相应的温度也会升高。e很好，高潮大小有很强的电极依赖性。所有迹象表明，在160K的温度下可能存在真正的相变。由此，他们开始了大量的研究和回顾，最终指出了ICE的手指诱导铁电相变。这项研究有一个非常重要的意义，那就是解释雷电中闪电电荷是如何积累的。目前，我们通常认识的风暴的去电主要是大葡萄粒子的崩塌与小冰粒子的增大碰撞过程引起的电荷转移，但碰撞电荷的具体机制尚不完全清楚。对此，团队基于冰的挠电效应，进一步建立了风暴云中冰粒子和葡萄粒子碰撞的理论模型，并计算了碰撞界面中应变梯度产生的电极化。 F最后证明了挠曲电效应在风暴云带电过程中起到了不重的作用。 “掺杂盐”提高了冰的挠电系数。沈升平表示，这项研究最重要的意义在于首次将ICE这个天然固体与“智能媒体”研究报道融为一体。它不仅可以作为电活性材料用于器件的研发，而且为我们深入理解特定的自然现象提供了新的视角。他还承认，还有很多问题没有解决。例如，目前尚不清楚冰挠曲电效应是否涉及质子与氢键一起移动；皮肤冰铁电层的结构无法直接观察到；另外，在风暴计费的评估中，由于简化处理，杂质、接触相变化等复杂因素的影响程度，电荷类型将影响柔性电训练对训练残骸的贡献。这项研究从实验启动到原理被接受，历时五年。在帕纳霍这方面，他们也发现了很多挑战。 “我记得在实验初期，由于结构尺寸和设置不合理，冰样很容易被损坏；而今天提到的，如何理解低温下出现的弯曲电峰值；‘弯曲电可能参与雷云充电’的想法在深入和理论研究中如何传递需要解决。纯冰的弯曲电系数非常小（约为~的量级） nc/m），这远远不足以支持实际的电电转换应用。沈升平表示，他们很快得到了makAbusive改进实验结果，并逐渐认识到固液界面和晶界传输在其中的关键作用制定理论的过程。除了氯化钠之外，他们还测试了掺杂氯化钙、氯化钾和乙酸钠。所有测试结果表明，与纯冰相比，多个数量级的过程中，氯化钙的弯曲电学增强最为显着，弯曲电学系数可以达到氯化钠掺杂的两倍以上。 “当然，我们并不认为目前测试的许多掺杂剂代表了可能的最佳值。水是一种天然的‘通用溶剂’，这意味着掺杂的选择空间几乎是无限的。”在对柔性纯冰通过在过低温度下收集能量甚至未来理解的电效应的探索最初崩溃之后，下一步是如何滥用实验结果，这一直是该技术的关键挑战等人。 “Ang sistema ng asin-yelo ay tila simple sa unang sulyap, ngunit ito ay napaka-kumplikado sa mas malapit na pag-iinspeksyon. Mula sa Sentimetro-scale na mga eksperimentong halimbawa sa mgahangganan ng butil Sa maraming mga taon ng karanasan sa lakas-electricity-kemikal na pagsasama ng pagsasaliksik、ang buong koponan sa wakas ay nakalagay ang Problema sa isang maigsi na pormula ng 分析、na maaaring husay at dami na magparami ng mga eksperimentong 数据没有合适的参数。 “科学长袍可以有一个简单的基础。大自然更喜欢简单，科学家的使命就是拨开迷雾找到它。沉升平被宣读。在应用方面，团队还准备了两种类型的冰基装置。获得的压电系数可与最好玩的压电PMN-PT材料相媲美，这也提供了开发冰能的可能性。，清洁，成本低廉，可就地取材，自理。缺点是机械疲劳和功率损耗两大问题，也是未来要解决的问题。 “这里的机械疲劳是指盐冰边界上的液层导致晶界在载荷作用下继续滑移，从而产生不可逆的塑性变形，导致三十小时后收集到的电能减少约一半；而电损耗是指由于存在单次离子流出、沉升平以及对单次盐冰的大电压。博士生马倩倩在图中 实验室负责人沉升平采访者认为，未来，冰的挠电效应可以运用在风、陨石效应、地壳运动等带有电能的习性中，获得可持续且充满活力的能源。太阳系中的天体很可能孕育着生命。装置还可用作寒冷地区的环境监测传感器。谈论对于未来的研究方向，思申胜平的预言家：“下一步将从两个想法开始。一是设计冰柔电装置，使其能够在极端环境下使用；二是借助冰柔电重新评估特定的自然过程。” “返回搜狐查看更多
