水冰的挠曲电性与表面铁电性
材料科学
2025-05-02 v6
摘要
冰的相图十分复杂并包含许多相，但最常见的（环境压力下的冻结水，亦称Ih冰）是一种非极性材料，尽管单个水分子具有极性[1,2]。因此，冰不是压电体，不能在压力下产生电[3]。另一方面，极化与应变梯度之间的耦合（挠曲电性）是普适的[4]，因此冰在理论上可在弯曲时产生电。在此我们报道了冰具有挠曲电性的实验证明，测得系数为1.14±0.13 nC/m，可与SrTiO3、TiO2或PbZrO3等陶瓷相比。此外，出乎意料的是，挠曲电测量对表面边界条件的敏感性还揭示了在冰板近表面区域受限、约160K处的铁电相变。冰的机电特性可应用于在寒冷偏远地区就地制造的低成本换能器。重要的是，这对自然现象也有影响。特别地，我们计算了冰-霰碰撞中产生的挠曲电荷密度，发现其与此类事件中实验测得的转移电荷相当，表明冰的挠曲电性可能参与了雷暴的起电过程。
引用
@article{arxiv.2212.00323,
title = {Flexoelectricity and surface ferroelectricity of water ice},
author = {Xin Wen and Qianqian Ma and Anthony Mannino and Marivi Fernandez-serra and Shengping Shen and Gustau Catalan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.00323},
year = {2025}
}