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科学家终于创造了金属氢,氢现在是一种金属!  

2017-02-04 19:43:36|  分类: 科技 |  标签: |举报 |字号 订阅

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原创 趣味说 2017-01-30 05:05

科学家终于创造了金属氢,氢现在是一种金属!

在去年9月份,两个研究尝试用不同的方法,试图创造金属氢。现在,在这种金属氢第一次预测超过80年后,哈佛大学的物理学家已经创造了金属氢-- 一种神秘的氢气形式,能够在室温下无阻抗地超导电。

科学家早就怀疑氢可以作为金属在宇宙的某些部分存在,但这是第一次在地球上产生金属氢,而且材料甚至比科学家想象的更陌生和更迷人。

“这是高压物理学的圣杯。”来自哈佛大学的首席研究员Isaac F. Silvera说,“这是地球上第一个金属氢的样本,所以当你看着它,你正在看着以前从未存在过的东西。”

科学家终于创造了金属氢,氢现在是一种金属!

周期表可以大致分为两类-- 金属和非金属。在许多其它性质中,金属是有光泽的,良好的导体,并且通常在常温下是固体。由于在我们高中学习中,氢在周期表中的是第一个元素,是一种非金属。

但回溯到1935年,科学家曾预测,在某些条件下,这种常见的元素可以使其原子如此紧密地结合在一起,不仅具有金属性质,而且实际上可以变成金属。但这些条件不容易实现,它们涉及在极低的温度下达到令人难以置信的高压力。这就是为什么80多年来,科学家有过多次尝试,却没有人能够证明其可能性。

Silvera说:“最令人兴奋的部分是我们将氢气加压到足够高的压力,我们看到它转化为金属。”Silvera45年来一直试图创造金属氢。

地球上第一次,看到这种材料,如图:

科学家终于创造了金属氢,氢现在是一种金属!

重要的是,物理学家认为金属氢可以是常温超导体,这意味着材料可以以零电阻导电,并且不必将材料首先冷却到疯狂的温度。

我们已经知道了许多超导材料,我们使用它们在我们的MRI机器和磁悬浮列车中产生强大的磁场,但是它们只能在-269摄氏度(-452.2华氏度)以下的温度下实现超导性,对于许多项目是不实用的。

如果科学家可以在室温下达到同样的超导性,这意味着我们可以在电力在传输过程中不会有任何损耗。现在,因为阻力,电网损失热能高达15%。该材料还可能是有史以来发现的最强大的火箭推进剂。

要清楚,Silvera和他的团队创造的金属氢只有1到1.5微米厚,直径为10微米,所以它很小。

研究人员宣称,他们已经在过去取得金属氢的早期阶段,甚至金属氢本身的证据。但这些报告从未得到验证。这个最新的申明会被其他人质疑,但到目前为止,样品已经承受了所有相关的金属测试。

为了创建样品,团队将氢气捕获在一个小的金刚石箱中,冷却至5.5开尔文(-267.65摄氏度、-449.77华氏度),并将其置于令人难以置信的高压下。

科学家终于创造了金属氢,氢现在是一种金属!

早在1935年,预计金属氢将在25千兆帕斯卡(GPa)的压力下出现。但是Silvera和他的团队最终在465GPa--495GPa之间的压力下实现了,比最初预测的高20倍。

团队很快看到它的外观变化,但是为了验证他们创造的是金属氢,他们使用光谱测量,包括测量其反射率,并且显示最初是标准氢气(H2)已经转变为原子金属 。

你可以看到下面不同的原子结构:

科学家终于创造了金属氢,氢现在是一种金属!

现在我们知道金属氢存在,还有很多问题需要回答。其中最大的问题是金属氢是液体还是固体,或者正如研究人员预测的那样,它可以兼有两个状态。到目前为止,Silvera和他的团队相信,他们创造的是一个固体,但他们将对材料进行更详细的分析。

他们还将用电流钩住金属,以测试它在常温下是否真是超导体。奇怪的是,Silvera说,金属氢也可能是亚稳态,这意味着即使你释放压力,它也将保持金属状态。

亚稳态材料的常见实例是金刚石,它其是是碳的亚稳态形式。为了制造钻石,你把石墨置于高压力和高热量环境中,这是地下发生的事情。但是,即使你把钻石挖出来,它们仍然是钻石。

对于金属氢也是如此,在预测是错误的情况下,并且当压力被提升时材料分散回气体,这是在对样品进行所有其他分析之后也将被测试的东西。

现在,我们只是证明了宇宙中最常见的元素可以以一种全新的形式存在。

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