不知道有多少人看過 "摺紙戰士" 這部漫畫 ? 這部漫畫大約是從我國中時開始連載，在當時算是很具特色的本土漫畫，而且作者的畫功也算不錯 [1]，所以這部漫畫紅了好些年，後來去韓國推出動畫了 (雖然我看了韓國改編過的動畫，覺得人物造型真是糟透了)。在這部漫畫的後半，主角失去龍族摺紙戰士的能力，但卻藉由 "絕色化身符" 得到絕色摺紙戰士的力量 (好，這部份不是重點，看不懂沒關係)。
何謂絕色摺紙戰士呢 ? 就如上圖所示，絕色摺紙戰士並非藉由與精靈細胞融合來增強體能與法術的力量，而是充分運用自己身體的能量來作戰，比如說神經訊息的傳遞是電屬性、燃燒細胞與油脂的生理反應是火屬性 ..... 等等。其實這不光是漫畫中的情節，人類每天在不知不覺中消耗了大量的能量，但是都當作廢熱排放到環境中，如果可以有效利用這些資源，是否可以省下不少電費 ?
答案是肯定的，請先看下面的影片 :
簡單的說就是壓電效應 (piezoelectric effect) 的應用，利用聲波振動環境中的介質，使該壓電材料同時跟著振動，進而產生微弱的電流來讓電池充電，相關的新聞還有打字充電的應用。
何謂壓電效應呢 ? 其實就是 "機械能" 及 "電能" 的轉換，藉由施予材料應力來產生電壓 (或電流)，而且反向操作也是可行的，就像電話都是利用壓電材料將電能轉換成喇叭的振動 (電波轉成聲波)，因此我們才能聽到對方傳來的聲音資訊。那這種現象是如何產生的呢 ? 可以用下圖來解釋 :
上圖是石英 (Quartz) 的壓電效應簡圖，由圖可知石英原本不僅沒有自由電荷，連電偶極 (electric dipole) 都是互相抵消的，但若施加應力給它，它的晶格會呈現不對稱的變形，進而產生暫時性的電偶極 (也就是電壓) 以推動電荷產生電流。另外一類壓電材料的性質更為直覺易懂，它們就是 BaTiO_3 (Barium titanate) 及 PZT (Lead zirconate titanate)，以後者為例，光看晶格 (正確地說應該是 Unit cell) 的圖就可看出端倪 :
這類材料在長晶的過程中會加熱到 Curie Temperature (Tc) 以上，其完成後即開始降溫，到了 Tc 以下時，晶格的對稱性逐漸發生改變，且有一種以上的金屬離子在改變的過程中偏離了中心 [2]，於是整體就變成電性不對稱的結構，擁有一個永久的電偶極，而在受到外界的應力時，產生的壓電效應也較電中性的石英來得強。
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由上可知，若我們可以好好地運用此種特性，即可將人類浪費掉的能量部分轉回電能以循環利用。如同上面兩則新聞所提到的，若能將講話時放出的聲波及打字時在鍵盤上的壓力轉換回電能，即可省下不少電，甚至很多用電量不高的裝置都可以直接省去額外的電源 !! 不過，有夢最美，目前這類科技的瓶頸都卡在轉換效率 (efficiency) 的低落，比如說太陽能電池還是很難突破 10% 的轉換效率，這就得請那些材料科學家多多加油了 ~
附註
1. 我不知道該怎麼形容那作者的畫風，個人覺得它跟日本漫畫的風格差很多，線條較粗，人物的輪廓都很清楚，雖然這會讓漫畫變得有點像童書，較沒藝術感，可是版面乾淨就是它的優點之一。
2. 基本上我不是很懂 "離子偏離中心" 的成因，我猜這跟材料缺陷發生的原因有點類似，都是 entropy 在背後作祟 ? 當然這只是我的猜測，應該要去查一查結晶學的書 ....
20120902 Update：壓電材料的成因跟 entropy 的確有關。在長晶過後，當溫度下降到 Tc 之下，由於晶格中的中心離子 (Ti 4+ 或 Zr 4+) 太小，故呈現不穩定的堆積狀態 (也就是具有飄移的空間)。由於晶格中有著多餘的空間，故依照熱力學弟二定律 (全宇宙的 entropy 必定不斷增加)，中心離子即在晶格內隨機地偏移，營造出一種 "電中性" 且 "電偶極也彼此抵消" 的系統。之後，若在此固體系統施加外部電壓，具有移動自由度的中心離子便一同順著外加電場的方向偏移，而晶格內的其他離子身處於電荷不對稱的環境中，於是晶格就產生了形變，這就是壓電材料的基本原理 (最初由於電偶極互相抵消，故晶格的形變也互相抵消)。
除此之外，由於材料中有著永久的電偶極，而電偶極之間本身具有靜電作用力，故壓電材料跟磁性材料都一樣具有 "滯留 (Hysteresis)" 的現象，也就是當外加電壓降為 0 後，材料並不會回縮到原始的大小，有興趣的人可以自己上網查查。上圖是壓電材料受外部電場影響而產生形變的示意圖：(1) 施加電壓前；(2) 施加電壓期間；(3) 施加電壓過後，外部電壓降為 0，材料並未回到原始狀態 (1) 。
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