超導(dǎo)功能新發(fā)現(xiàn)！金屬氫這種前沿材料將如何顛覆我們對(duì)科技的認(rèn)知？
文章來(lái)源：賢集網(wǎng) 更新時(shí)間：2024-08-28 14:56:24
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在當(dāng)今科技日新月異的時(shí)代，一種神秘而強(qiáng)大的物質(zhì)——金屬氫，正逐漸成為科學(xué)界矚目的焦點(diǎn)。它的出現(xiàn)，仿佛一顆璀璨的新星，為人類科技的發(fā)展照亮了新的道路。 一、金屬氫的神秘起源 金屬氫，這個(gè)名字聽起來(lái)就充滿了神秘色彩。它是將氫氣壓縮至固體或液體狀態(tài)，使氫氣分子分離成單個(gè)原子。在這種狀態(tài)下，單體氫原子上的電子與金屬原子上的電子極為相似，于是氫氣便轉(zhuǎn)化為金屬氫。 科學(xué)家們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，金屬氫一般只存在于大型行星或恒星的內(nèi)核當(dāng)中。因?yàn)橹挥性谀菢訕O端的環(huán)境里，才能給氫氣提供足夠的壓力，使其變成固態(tài)或液態(tài)。而在地球這樣的環(huán)境下，要正常獲取金屬氫可謂難上加難。 然而，人類的探索精神從未停止。盡管面臨著巨大的挑戰(zhàn)，但科學(xué)家們依然在努力尋找通過(guò)技術(shù)手段獲取金屬氫的方法。因?yàn)樗麄兩钪坏┏晒Λ@取金屬氫，其應(yīng)用范圍將超乎想象。 二、金屬氫的強(qiáng)大能量 金屬氫最令人驚嘆的特性之一，就是它的超導(dǎo)性能。在高壓條件下，氫氣會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N具有良好導(dǎo)電性的液體，其輸電效率可以達(dá)到 99.7%以上。這種液態(tài)金屬氫有望成為常溫超導(dǎo)體，為人類開啟超導(dǎo)紀(jì)元。 與現(xiàn)有的超導(dǎo)體相比，金屬氫的優(yōu)勢(shì)十分明顯。目前的超導(dǎo)體大多需要在極低的溫度下才能實(shí)現(xiàn)電阻為零，比如汞必須在 -269 攝氏度的超低溫液氮中才能展現(xiàn)超導(dǎo)效應(yīng)。一旦脫離這種特定的低溫環(huán)境，超導(dǎo)特性便會(huì)消失。而金屬氫卻能夠在常溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，這無(wú)疑將極大地改變?nèi)祟悓?duì)超導(dǎo)體的依賴，降低超導(dǎo)體的應(yīng)用成本和技術(shù)難度。 想象一下，如果用金屬氫來(lái)制造超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，那將會(huì)帶來(lái)怎樣的變革。相比于普通發(fā)電機(jī)，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的質(zhì)量可以減少 90%，而輸出功率則可以提高 10 倍以上。這意味著更高的能源利用效率、更小的設(shè)備體積和更強(qiáng)大的性能。在能源日益緊張的今天，金屬氫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)無(wú)疑為我們帶來(lái)了新的希望。 除了超導(dǎo)性，金屬氫內(nèi)部還蘊(yùn)含著極為強(qiáng)大的能量。科學(xué)家分析指出，金屬氫在燃燒時(shí)，可以釋放相當(dāng)于 5 倍航天燃料的效果。其帶來(lái)的推力是液氫/液氧燃料的好幾倍。 如果將金屬氫應(yīng)用于火箭燃料，比沖可以達(dá)到 1700s，推力將提升 4 倍以上。這對(duì)于人類實(shí)現(xiàn)載人登月和載人登火星的夢(mèng)想來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)巨大的突破。然而，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，并非易事。首先，火箭本身的材料必須能夠承受金屬氫燃料帶來(lái)的巨大推力，否則發(fā)射出去的火箭可能會(huì)瞬間變成導(dǎo)彈。其次，金屬氫的爆炸威力巨大，同等質(zhì)量的金屬氫，其爆炸威力是 TNT 炸藥的 30 倍，被稱為“人類目前已知威力最大的化學(xué)爆炸物”。這就要求我們?cè)趹?yīng)用金屬氫的過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制，確保安全。 盡管面臨著諸多挑戰(zhàn)，但金屬氫的強(qiáng)大能量依然為我們帶來(lái)了無(wú)限的想象空間。除了在航天領(lǐng)域的應(yīng)用，金屬氫在其他行業(yè)也有著廣闊的前景。例如，由于金屬氫具有普通金屬的力學(xué)強(qiáng)度，可以用刀具進(jìn)行切割加工。經(jīng)過(guò)塑形后的金屬氫材料，密度低、強(qiáng)度高，主打的就是低密度和高強(qiáng)度。將其應(yīng)用到裝甲車和戰(zhàn)斗機(jī)中，不僅能加強(qiáng)防御力量，還能節(jié)省設(shè)備燃料，可謂一舉多得。 三、金屬氫超導(dǎo)功能新發(fā)現(xiàn) 在金屬氫的研究過(guò)程中，科學(xué)家們不斷取得新的突破。銻基富氫新超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，就是其中的一個(gè)重要成果。 高壓極端條件可以創(chuàng)造常壓難以形成的新結(jié)構(gòu)，賦予材料新的功能特性。中國(guó)科學(xué)院物理研究所靳常青團(tuán)隊(duì)在極端條件先進(jìn)技術(shù)的拓展和新材料的創(chuàng)制方面取得了顯著成果。他們相繼獨(dú)立實(shí)驗(yàn)制備發(fā)現(xiàn)了多種富氫超導(dǎo)材料，如 210K 以上的鈣基富氫超導(dǎo)材料、首個(gè) 4d 鋯基富氫高溫超導(dǎo)材料、首個(gè) 5d 鉿基富氫高溫超導(dǎo)材料等。 近期，他們又首次實(shí)驗(yàn)合成并發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)變溫度高達(dá) 116K 的銻基富氫超導(dǎo)體，這是目前實(shí)驗(yàn)報(bào)導(dǎo)的轉(zhuǎn)變溫度次高的主族富氫超導(dǎo)體。高壓在位電學(xué)表征揭示銻基富氫化物的電阻在 116K 時(shí)發(fā)生突降，并在低溫降至零電阻，表現(xiàn)出高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。隨著磁場(chǎng)的增加，轉(zhuǎn)變溫度逐漸向低溫移動(dòng)，進(jìn)一步確認(rèn)了超導(dǎo)轉(zhuǎn)變屬性。 結(jié)合同步輻射結(jié)構(gòu)表征和理論計(jì)算，科學(xué)家們認(rèn)為高溫超導(dǎo)來(lái)源于以 Sb～H 共價(jià)鍵主導(dǎo)的六方相 SbH4。對(duì)于六方相 SbH4 晶體，H～H 形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電網(wǎng)的 H～H 最小間距為 1.73Å。這一發(fā)現(xiàn)表明，即使在較大的 H～H 距離下，氫原子之間仍可以借助和非金屬元素的軌道雜化實(shí)現(xiàn)金屬化，并進(jìn)一步呈現(xiàn)高于 100K 的高溫超導(dǎo)。這為探索低壓制備富氫化合物超導(dǎo)材料提供了新的線索。 金屬氫的研究仍在繼續(xù)，它的神秘面紗尚未完全揭開。未來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步，我們有理由相信，金屬氫將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為人類帶來(lái)更多的驚喜和改變。它可能成為推動(dòng)能源革命、航天探索、軍事發(fā)展等領(lǐng)域的關(guān)鍵力量，開啟人類科技發(fā)展的新篇章。 總之，金屬氫作為一種具有巨大潛力的物質(zhì)，其研發(fā)現(xiàn)狀令人振奮，未來(lái)前景充滿無(wú)限可能。我們期待著科學(xué)家們?cè)诮饘贇涞难芯恐腥〉酶嗟耐黄疲瑸槿祟惖目萍歼M(jìn)步和社會(huì)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。在這個(gè)充滿挑戰(zhàn)與機(jī)遇的時(shí)代，金屬氫或許將成為我們打開未來(lái)科技大門的神秘鑰匙。 原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_556000.html 來(lái)源：賢集網(wǎng) 著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。 |
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