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超導功能新發現！金屬氫這種前沿材料將如何顛覆我們對科技的認知？

文章來源：賢集網更新時間：2024-08-28 14:56:24

在當今科技日新月異的時代，一種神秘而強大的物質——金屬氫，正逐漸成為科學界矚目的焦點。它的出現，仿佛一顆璀璨的新星，為人類科技的發展照亮了新的道路。

一、金屬氫的神秘起源

金屬氫，這個名字聽起來就充滿了神秘色彩。它是將氫氣壓縮至固體或液體狀態，使氫氣分子分離成單個原子。在這種狀態下，單體氫原子上的電子與金屬原子上的電子極為相似，于是氫氣便轉化為金屬氫。

科學家們經過長期的觀測發現，金屬氫一般只存在于大型行星或恒星的內核當中。因為只有在那樣極端的環境里，才能給氫氣提供足夠的壓力，使其變成固態或液態。而在地球這樣的環境下，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，但科學家們依然在努力尋找通過技術手段獲取金屬氫的方法。因為他們深知，一旦成功獲取金屬氫，其應用范圍將超乎想象。

二、金屬氫的強大能量

金屬氫最令人驚嘆的特性之一，就是它的超導性能。在高壓條件下，氫氣會轉變為一種具有良好導電性的液體，其輸電效率可以達到 99.7%以上。這種液態金屬氫有望成為常溫超導體，為人類開啟超導紀元。

與現有的超導體相比，金屬氫的優勢十分明顯。目前的超導體大多需要在極低的溫度下才能實現電阻為零，比如汞必須在 -269 攝氏度的超低溫液氮中才能展現超導效應。一旦脫離這種特定的低溫環境，超導特性便會消失。而金屬氫卻能夠在常溫環境下實現超導，這無疑將極大地改變人類對超導體的依賴，降低超導體的應用成本和技術難度。

想象一下，如果用金屬氫來制造超導發電機，那將會帶來怎樣的變革。相比于普通發電機，超導發電機的質量可以減少 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、更小的設備體積和更強大的性能。在能源日益緊張的今天，金屬氫超導發電機無疑為我們帶來了新的希望。

除了超導性，金屬氫內部還蘊含著極為強大的能量。科學家分析指出，金屬氫在燃燒時，可以釋放相當于 5 倍航天燃料的效果。其帶來的推力是液氫/液氧燃料的好幾倍。

如果將金屬氫應用于火箭燃料，比沖可以達到 1700s，推力將提升 4 倍以上。這對于人類實現載人登月和載人登火星的夢想來說，無疑是一個巨大的突破。然而，要實現這一目標，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的巨大推力，否則發射出去的火箭可能會瞬間變成導彈。其次，金屬氫的爆炸威力巨大，同等質量的金屬氫，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爆炸物”。這就要求我們在應用金屬氫的過程中，必須嚴格控制，確保安全。

盡管面臨著諸多挑戰，但金屬氫的強大能量依然為我們帶來了無限的想象空間。除了在航天領域的應用，金屬氫在其他行業也有著廣闊的前景。例如，由于金屬氫具有普通金屬的力學強度，可以用刀具進行切割加工。經過塑形后的金屬氫材料，密度低、強度高，主打的就是低密度和高強度。將其應用到裝甲車和戰斗機中，不僅能加強防御力量，還能節省設備燃料，可謂一舉多得。

三、金屬氫超導功能新發現

在金屬氫的研究過程中，科學家們不斷取得新的突破。銻基富氫新超導體的發現，就是其中的一個重要成果。

高壓極端條件可以創造常壓難以形成的新結構，賦予材料新的功能特性。中國科學院物理研究所靳常青團隊在極端條件先進技術的拓展和新材料的創制方面取得了顯著成果。他們相繼獨立實驗制備發現了多種富氫超導材料，如 210K 以上的鈣基富氫超導材料、首個 4d 鋯基富氫高溫超導材料、首個 5d 鉿基富氫高溫超導材料等。

近期，他們又首次實驗合成并發現轉變溫度高達 116K 的銻基富氫超導體，這是目前實驗報導的轉變溫度次高的主族富氫超導體。高壓在位電學表征揭示銻基富氫化物的電阻在 116K 時發生突降，并在低溫降至零電阻，表現出高溫超導轉變。隨著磁場的增加，轉變溫度逐漸向低溫移動，進一步確認了超導轉變屬性。

結合同步輻射結構表征和理論計算，科學家們認為高溫超導來源于以 Sb～H 共價鍵主導的六方相 SbH4。對于六方相 SbH4 晶體，H～H 形成三維導電網絡，導電網的 H～H 最小間距為 1.73Å。這一發現表明，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現金屬化，并進一步呈現高于 100K 的高溫超導。這為探索低壓制備富氫化合物超導材料提供了新的線索。

金屬氫的研究仍在繼續，它的神秘面紗尚未完全揭開。未來，隨著科技的不斷進步，我們有理由相信，金屬氫將在更多領域發揮重要作用，為人類帶來更多的驚喜和改變。它可能成為推動能源革命、航天探索、軍事發展等領域的關鍵力量，開啟人類科技發展的新篇章。

總之，金屬氫作為一種具有巨大潛力的物質，其研發現狀令人振奮，未來前景充滿無限可能。我們期待著科學家們在金屬氫的研究中取得更多的突破，為人類的科技進步和社會發展做出更大的貢獻。在這個充滿挑戰與機遇的時代，金屬氫或許將成為我們打開未來科技大門的神秘鑰匙。

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