音頻科普：-氫氣也能作為超導(dǎo)材料嗎-
發(fā)布時(shí)間：2020-08-12
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音頻科普：-氫氣也能作為超導(dǎo)材料嗎-

好的，各位朋友大家好，歡迎收聽《科學(xué)播報(bào)》。在材料科學(xué)領(lǐng)域，研究者們致力于尋找那些在極端條件下也能夠展現(xiàn)良好性質(zhì)的材料。例如，能在超低溫下呈現(xiàn)零電阻性質(zhì)的材料、具有超高能量密度的材料等等。尋找這些材料通常是從傳統(tǒng)的成果中入手，但有一些研究者卻把目光轉(zhuǎn)向了我們所熟悉的、最簡(jiǎn)單的氫。
氫是元素周期表中最輕的一種元素，氫元素構(gòu)成的氫氣是最輕的氣體。如果要將氫作為一種材料加以應(yīng)用，就需要將標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氫氣轉(zhuǎn)換為固態(tài)氫或者液態(tài)氫。在傳統(tǒng)方法下，這種轉(zhuǎn)換需要極大的壓力。早在上世紀(jì)三十年代，科學(xué)家就已經(jīng)提出“金屬氫”的構(gòu)想。在極高的壓強(qiáng)條件下，氫氣可以呈現(xiàn)出金屬的性質(zhì)。但是，氫氣本身很輕，容易泄露；化學(xué)活性又很強(qiáng)，極易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因此很難在容器中保存，這就給加壓帶來了許多不利條件。在技術(shù)沒有得到突破性進(jìn)展的時(shí)期，“金屬氫”一直只能是一種暢想。
近年來，科學(xué)家逐步掌握了一些理論上可行的制備“金屬氫”的方法。例如，著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上就刊載了來自哈佛大學(xué)的研究成果。研究者從加壓容器上著手，他們使用特別打磨和加工的金剛石作為表面，防止氫氣泄漏，確保順利加壓。另一方面，氫氣樣本本身被冷卻到接近絕對(duì)零度，以避免其他因素的干擾。當(dāng)壓強(qiáng)增加到將近495萬倍標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，容器中的氫開始出現(xiàn)反射率的變化。研究者認(rèn)為，這個(gè)現(xiàn)象意味著氫分子的化學(xué)鍵被打開，形成排列有序的晶體。
然而令人遺憾的是，這一塊在極端條件下才制成的“金屬氫”，卻因?yàn)楹罄m(xù)操作的失誤導(dǎo)致破壞。它可能就消失在容器里，或者是又轉(zhuǎn)換回氣體。也有科學(xué)家對(duì)此提出質(zhì)疑，因?yàn)檫^去美國和德國都有研究者聲稱他們制成了“金屬氫”，但實(shí)際上仍然停留在理論層面，那些結(jié)論都過于樂觀。因此是否真正實(shí)現(xiàn)，還有待進(jìn)一步的研究證實(shí)。但是無論如何，如果“金屬氫”能夠得到廣泛應(yīng)用，它很可能就是材料科學(xué)家們所尋找的理想超導(dǎo)材料，同時(shí)也是一種全新的高效能源。也正因如此，才有那么多的研究者要爭(zhēng)奪這座“高壓物理學(xué)的圣杯”。



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