所谓压电效应, 是指电介质材料中一种机械能与电能互换的现象, 当对压电材料施以物理压力时, 材料体内的电偶极矩会因压缩而变短, 此时压电材料为抵抗这变化, 会在表面上产生等量的正负电荷以对抗压力, 避免变形. 这种由于形变而产生电极化的现象称为「正压电效应」, 实质上是机械能转化为电能的过程.
若反之, 当在压电材料表面施加电场 (电压) 时, 电偶极矩因电场作用被拉长, 压电材料为抵抗这变化会沿着电场方向伸长, 这种由于电场作用而产生机械形变的过程称为「逆压电效应」, 实质上是电能转化为机械能的过程. 利用这种机械振动和交流电互相转换的特性, 压电材料广泛应用于传感器组件中, 如手机谐振器, 地震传感器, 加速度测量组件, 深海声纳等. 石英是常见的压电材料, 而木材, 动物骨骼, 皮肤, 血管组织也都具有压电性.
生物有机体其实有各种供电来源, 比如眼泪一些成分如葡萄糖, 乳酸盐等都具发电能力, 而日前, 中国复旦大学团队也刚提出一种利用血液流动产生电力的方法. 不过现在, 就连人类眼泪中的某种蛋白质都可以产生电力了, 那就是溶菌酶晶体, 当它从外施加物理压力时会产生电能.
▲ 科学家第一次发现眼泪中的溶菌酶晶体具有压电性. (Source: 利墨瑞克大学)
过去, 溶菌酶 (lysozyme) 在实验室广泛应用于对细菌进行的细胞破碎技术, 加上溶菌酶易结晶的特性, 也常用于各种晶体学相关研究, 但这是科学家第一次找到溶菌酶具压电性的证据, 研究主要作者 Aimee Stapleton 表示, 溶菌酶晶体的压电度大到足以媲美石英.
由于溶菌酶是种无毒生物材料, 研究团队表示, 未来溶菌酶在能量收集, 生物医学设备等领域将有许多创新应用, 它可以替代一些生物兼容性的电子产品, 比如常含有毒元素铅的压电能量收集器. 这项研究已发表在《应用物理通讯》期刊.