在历经近一个世纪之后,哈佛大学的科学家终于成功地将曾经的理论变为现实——他们创造了这个星球上最稀有的,也是最有价值的材料:金属氢!
这一材料,是由哈佛大学自然科学系教授伊萨克·席尔瓦拉和他的博士后研究员兰加·迪亚兹共同发现的。金属氢除了在实际用途上可以帮助科学家解答有关物质本质的基本问题之外,从理论上看,这一材料还拥有十分广泛的潜在功能,比如将其用作室温超导体。
发现这一稀有材料的论文已发表于1月26日出版的《科学》杂志上。
“这一发现堪比高压物理学界的圣杯”,席尔瓦拉这样形容他的发现。“这是地球上第一个金属氢样品。同时也说明,当你在观察这一样品的时候,你看见的是一种世界上从未存在过的东西!”
为了得到金属氢,席尔瓦拉和迪亚兹颇费了一番功夫,因为氢的高压实验很难做。他们将一块微小的固态氢样品置于495千兆帕斯卡的高压下(大约相当于488万个大气压),这一数值甚至超过了位于地球中心的压力值。
在这一极端的外部压力下,分子氢的化学键将被打开,最终形成由氢原子为最小单位而组成的晶体氢,即具有金属性质的金属氢。
这项工作不仅帮助人们理解氢的一般性质提供了重要的新窗口,同时,它也为研究这一潜在的革命性新材料提供了前所未有的新途径。
席尔瓦拉说:“在有关金属氢的诸多预测中,其中最重要的预测即是该材料将是“亚稳态”,即材料本身并不处于平衡状态,但是却能维持相对稳定的状态。
这里所说的亚稳态金属氢(简称MSMH)将对金属氢的应用起到非常关键的影响。亚稳态金属氢的重要特性就是当压力撤除后,它并不会马上恢复成普通氢气。
打个不十分恰当的比方,这有点类似于人们利用石墨在高温和高压条件下制备金刚石,当恢复到常温常压之后,金刚石仍然会保持金刚石的状态,而不会变回石墨。
席尔瓦拉表示,判定这种材料是否稳定任然是一个十分重要的课题。因为之前的预测表明,金属氢可能是一种室温环境(约17摄氏度)下的超导体。
“这将是革命性的发现,”席尔瓦拉教授接着说道。“在buzz电网中,有多达15%的能量在电力输送环节就被损耗了,因此如果能利用这种材料制成电缆,并且将其用于电网之中,将完全扭转这一现状。”
迪亚兹说,室温超导体绝对可以称作物理学界的“圣杯”。它可以彻底变革我们的运输系统,使得磁悬浮高速列车成为可能。同时,它还能使电动汽车更有效率,并改善许多电子设备的性能。
金属氢还能为能量的产生与存储带来重大变革——因为超导体具有零电阻的特点,因此能量可以通过超导线圈中的电流进行存储,然后在需要时使用。
来源:远东新材料
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