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鄭在奮斗木蟲 (正式寫手)
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開年革命性發(fā)現(xiàn)：金屬氫！百年理論終于完成向現(xiàn)實的華麗轉(zhuǎn)身 已有3人參與
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本文來源： DeepTech深科技 在歷經(jīng)近一個世紀之后，哈佛大學的科學家終于成功地將曾經(jīng)的理論變?yōu)楝F(xiàn)實——他們創(chuàng)造了這個星球上最稀有的，也是最有價值的材料：金屬氫！ 這一材料，是由哈佛大學自然科學系教授伊薩克·席爾瓦拉（Issac Silvera）和他的博士后研究員蘭加·迪亞茲（Ranga Dias）共同發(fā)現(xiàn)的。金屬氫除了在實際用途上可以幫助科學家解答有關物質(zhì)本質(zhì)的基本問題之外，從理論上看，這一材料還擁有十分廣泛的潛在功能，比如將其用作室溫超導體。 發(fā)現(xiàn)這一稀有材料的論文已發(fā)表于1月26日出版的《科學》雜志上。 “這一發(fā)現(xiàn)堪比高壓物理學界的圣杯”，席爾瓦拉這樣形容他的發(fā)現(xiàn)�！斑@是地球上第一個金屬氫樣品。同時也說明，當你在觀察這一樣品的時候，你看見的是一種世界上從未存在過的東西！” 為了得到金屬氫，席爾瓦拉和迪亞茲頗費了一番功夫，因為氫的高壓實驗很難做。他們將一塊微小的固態(tài)氫樣品置于495千兆帕斯卡的高壓下（大約相當于488萬個大氣壓），這一數(shù)值甚至超過了位于地球中心的壓力值。 在這一極端的外部壓力下，分子氫的化學鍵將被打開，最終形成由氫原子為最小單位而組成的晶體氫，即具有金屬性質(zhì)的金屬氫。 這項工作不僅幫助人們理解氫的一般性質(zhì)提供了重要的新窗口，同時，它也為研究這一潛在的革命性新材料提供了前所未有的新途徑。 席爾瓦拉說：“在有關金屬氫的諸多預測中，其中最重要的預測即是該材料將是“亞穩(wěn)態(tài)”，即材料本身并不處于平衡狀態(tài)，但是卻能維持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。 這里所說的亞穩(wěn)態(tài)金屬氫（簡稱MSMH）將對金屬氫的應用起到非常關鍵的影響。亞穩(wěn)態(tài)金屬氫的重要特性就是當壓力撤除后，它并不會馬上恢復成普通氫氣。 打個不十分恰當?shù)谋确�，這有點類似于人們利用石墨在高溫和高壓條件下制備金剛石，當恢復到常溫常壓之后，金剛石仍然會保持金剛石的狀態(tài)，而不會變回石墨。 席爾瓦拉表示，判定這種材料是否穩(wěn)定任然是一個十分重要的課題。因為之前的預測表明，金屬氫可能是一種室溫環(huán)境（約17攝氏度）下的超導體。 “這將是革命性的發(fā)現(xiàn)，”席爾瓦拉教授接著說道。 “在buzz電網(wǎng)中，有多達15％的能量在電力輸送環(huán)節(jié)就被損耗了，因此如果能利用這種材料制成電纜，并且將其用于電網(wǎng)之中，將完全扭轉(zhuǎn)這一現(xiàn)狀。” 迪亞茲說，室溫超導體絕對可以稱作物理學界的“圣杯”。它可以徹底變革我們的運輸系統(tǒng)，使得磁懸浮高速列車成為可能。同時，它還能使電動汽車更有效率，并改善許多電子設備的性能。 金屬氫還能為能量的產(chǎn)生與存儲帶來重大變革——因為超導體具有零電阻的特點，因此能量可以通過超導線圈中的電流進行存儲，然后在需要時使用。 金屬氫不僅具有變革人類在地球上生活的巨大潛力，同時作為世界上已知的最強力的火箭推進劑，它還將幫助人類探索遙遠的太空。 席爾瓦拉解釋道，“金屬氫的制備消耗了大量的能量。因此，如果將它轉(zhuǎn)化回氫分子，將釋放所有蘊藏的能量，這將使得金屬氫成為人類已知的最為強大的火箭推進劑，并徹底的變革航天領域�！� 衡量火箭燃料燃燒效率的單位是“比沖量”，即推進劑從火箭后方噴射的速度，它的單位是秒。目前，最為強大的液態(tài)推進器的比沖為450秒，而金屬氫的理論比沖竟達到了1700秒。 席爾瓦拉說，“這將使得探索外行星變得輕松許多。金屬氫的重要性體現(xiàn)在：火箭的發(fā)射階段將從現(xiàn)在的兩個減少到一個。與此同時，我們還能夠?qū)⒏蟮挠行лd荷送入軌道�！� 此外，為了達到能夠創(chuàng)造這一全新材料的苛刻條件，席爾瓦拉和迪亞茲選擇了地球上最為堅硬的一種材料———金剛石。 但是，他們所使用的金剛石并不是天然鉆石，而是兩塊經(jīng)過精心拋光的合成金剛石。這兩塊金剛石在使用之前經(jīng)過了特殊處理，使其變得更加堅固。隨后，這兩塊金剛石相對地安裝在金剛石對頂砧上。 席爾瓦拉說，“我們使用鉆石粉對金剛石的表明進行了拋光處理，但是它可能會破壞金剛石表面的結(jié)構(gòu)，剝離碳原子。當我們使用原子力顯微鏡對鉆石表面進行觀察時，我們發(fā)現(xiàn)了一些缺陷。而這些缺陷可能會削弱材料的強度，并有可能引起材料的斷裂�！� 席爾瓦拉繼而介紹說，為了解決這一問題，他們使用了反應離子蝕刻工藝，從金剛石的表面刮削出一層僅為5微米厚的微小薄層 —— 該厚度僅為人類頭發(fā)直徑的十分之一。隨后，他們將金剛石的表面涂覆上了一層氧化鋁薄層，以防止氫擴散到金剛石晶體結(jié)構(gòu)中，引起材料脆化。 在經(jīng)過長達四十多年的不懈耕耘后，席爾瓦拉坦言，他第一次親眼見證這一材料，內(nèi)心無比激動。這一天，距離金屬氫第一次在理論層面上提出，已經(jīng)過去了近一個世紀！ 他說，“這真的十分讓人激動。那時候研究團隊正在進行實驗，大家都認為我們很有可能實現(xiàn)這一目標。后來他們給我打電話說，‘樣品閃閃發(fā)光！’我馬上跑下去看，發(fā)現(xiàn)真的是金屬氫！”希爾瓦拉教授激動地回憶道�！拔伊⒓凑f，我們必須進行測量確認，所以我們隨后重新安排了實驗室......我們就是這么做的�！� “這是一項無與倫比的成就，即使金屬氫只能在這種金剛石對頂砧中存在，這一發(fā)現(xiàn)都可以稱得上是至關重要的革命性成果。" 參考論文： http://science.sciencemag.org/co ... /25/science.aal1579 發(fā)自小木蟲IOS客戶端 |
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