“金屬氫”理論向現(xiàn)實的華麗轉(zhuǎn)變

2017年1月26日，世界著名的<<科學>>雜志報道美國哈佛大學科學家艾薩克·席爾維拉和朗加·迪亞斯在實驗室成功制造出了“金屬氫”，引起了世界科學界的震動。那么，什么是“金屬氫”呢？

何謂金屬氫

眾所周知，氫是宇宙中最豐富的元素，它在自然界中通常是以氣態(tài)的氫氣存在，在19世紀末曾被認為是無法液化的“永久氣體”。直至1898年，詹姆斯·杜瓦制作了擁有巧妙熱力學設計的“杜瓦瓶”，首次將氫氣液化，第二年又首次制取了氫氣的固態(tài)。

然而，這些早在一百多年前就制備出來的液態(tài)和固態(tài)氫并不具備金屬的良好導電性，都不能稱之為“金屬氫”?！敖饘贇洹笔蔷哂辛己脤щ娦陨踔潦浅瑢缘囊簯B(tài)或固態(tài)氫。

哈佛大學團隊發(fā)現(xiàn)的金屬氫，是由兩位科學家將一塊微小的固態(tài)氫樣品置于相當于488萬個大氣壓的壓力下制造出來的。這一壓力遠遠超過了我們所生活的地球中心的壓力值，在這一極端的壓力下，分子氫的化學鍵將被打開，最終形成由氫原子為最小單位組成的晶體氫，類似金屬原子組成的金屬晶體，原子所帶的電子可以在原子之間自由運動，具有了金屬的導電特性，這時的氫晶體電阻通常小于100歐姆，遠遠小于原有的幾十到幾百兆歐姆。

金屬氫的應用前景

為什么人們?nèi)绱速M盡心血地研制“金屬氫”呢？這是因為金屬氫具有一些非常特殊的性質(zhì)。“金屬氫”是一種亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，可以用它來做成約束等離子體的“磁籠”，把熾熱的電離氣體“盛裝”起來，這樣受控熱核聚變反應就可以很方便地實現(xiàn)，人類也可以建造出一座座“模仿太陽的工廠”，然后將原子核能轉(zhuǎn)變成了電能，這種電能既廉價又干凈，人類的能源問題最終將得到有效解決。

此外，“金屬氫”具有超導性，用金屬氫輸電，其輸電效率在99%以上，可以大幅降低輸電損耗，使全世界的發(fā)電量增加四分之一以上。如果用“金屬氫”制造發(fā)電機，其重量不到普通發(fā)電機重量的10%，而輸出功率可以提高幾十倍乃至上百倍。

除此之外，“金屬氫”在航空航天領域還具有重大價值。眾所周知，火箭一般采用液氫作為燃料，因此必須把火箭做成一個很大的類似熱水瓶的容器，以便確保低溫。由于相同質(zhì)量的“金屬氫”體積只是液態(tài)氫的1/7，如果使用了“金屬氫”，火箭就可以制造得非常小巧。此外，由它組成的燃料電池，可以較容易地應用于汽車，那時，城市就不再像現(xiàn)在這樣喧嘩，尾氣污染也將得到有效解決。

雖然，“金屬氫”非常有用，但我們也看到了它在是極其困難的條件下獲得的。為了驗證它的存在，人類花費了一百多年的時間去營造了一個極端高壓的環(huán)境，因此，要真正地生產(chǎn)和應用還需要歷經(jīng)漫漫長路。據(jù)了解，大規(guī)模實現(xiàn)接近500萬個大氣壓的極端高壓條件是制造“金屬氫”的前提，這在實驗室都需要耗盡洪荒之力才能實現(xiàn)，大規(guī)模生產(chǎn)談何容易。

其實，我們沒有必要把自己局限在地球上，看看我們的太陽系，那個最大的行星——木星就在距離地球約4.2個天文單位的地方，它由大量的氫構(gòu)成，核心的壓力可以達到3000-4500萬個大氣壓，具備了制造“金屬氫”的所有條件?，F(xiàn)有研究推測，在木星核的外圍存在著大量的“金屬氫”，可以說是取之不盡，用之不竭。同時，我們也相信，隨著航天科技的不斷發(fā)展，開發(fā)利用木星內(nèi)部的“金屬氫”或許在未來將會變成現(xiàn)實。（編輯/起點）