百年理论成真 气体氢“变身”金属

孟婧

　　开年伊始，科技界就送出了一份新年大礼。

　　日前，哈佛大学自然科学系教授伊萨克·席尔瓦拉团队在实验室发现了金属氢，一时间引发学界热议，也刷爆了记者的朋友圈。金属氢是个啥？虽然当前科技界对金属氢“革命性发现”的比喻存有争议，不过，一旦“验明真身”，金属氢会有哪些应用前景，又将带来哪些改变？

　　“革命性发现”

　　金属氢送来开年礼物

　　化学元素周期表中排名第一位的氢，其本身呈无色气体状，是一种常见元素，然而，近日《科学》杂志上一篇关于金属氢稀有材料的论文，让科技圈炸开了锅。哈佛大学自然科学系教授席尔瓦拉为首的团队在实验室研制成了“地球上第一个金属氢样品”。

　　“这一发现堪比高压物理学界的圣杯。”席尔瓦拉曾这样形容自己的发现，因为，“你看见的是一种世界上从未存在过的东西！”

　　众所周知，元素周期表分金属元素和非金属元素两类。金属是有光泽的、良好的导体，并且通常在常温下是固体。而氢在周期表中的是第一个元素，是一种非金属元素。

　　早前，科学家就曾预测，在某些条件下，可以让氢原子紧密地结合在一起，这样，氢不仅具有金属性质，而且可以变成金属。

　　金属氢被科学家称为最有价值的稀有材料，除了可以帮助科学家解答有关物质本质的基本问题之外，从理论上看，这一材料还拥有十分广泛的潜在功能，比如将其用作室温超导体。

　　实验难度不小

　　成果带来想象空间

　　席尔瓦拉形容金属氢是“革命性发现”，对此，不少科学家持有自己的想法。

　　“木星内部有好多金属氢，不如我们把木星外层炸掉，把这好东西搬回地球。”东南大学物理学院白羽老师第一时间发了朋友圈。

　　在中科院国家天文台郑永春博士看来，获得金属氢的过程其实就是一个高压实验，地球化学领域经常做这种实验，目的是模拟地球内部的化学反应和物理性质。木星内部就有大量金属氢，因为氢和氦是木星的主要成分，而木星内部压力比地球内核压力高得多，氢都已经转化成金属氢了。他认为，说这一发现是革命性的肯定是夸张了。

　　不过，要想在实验室里达成制备金属氢的“小目标”可不容易，这一实验有极高的条件要求，需要在极低的温度下达到极高压力。这就是为什么近百年来，科学家有过多次尝试，却没有人能够证明其可能性。

　　“高压力下，用什么容器来盛放‘氢’是个难题，因为一般的容器都承载不了这么高的压强。”东南大学物理学院超导专业赵海军老师告诉记者，此次席尔瓦拉的实验，就采用了金刚石作为容器，并在金刚石外涂了一层保护膜，再施以高压，将一块微小的固态氢样品置于495千兆帕斯卡的高压下，这一数值甚至超过了位于地球中心的压力值，由此获得了金属氢样本。“不过，最终的实验结果还有待进一步验证，有不少专家认为，此次因为采用了保护膜，获取的金属样本很可能不是很纯粹，还有待进一步实验验证。”

　　无论如何，金属氢实验的突破，还是给学界带来不少想象空间。

　　作为常温超导体 离实际应用很遥远

　　与金属氢发现相伴而来的是，一些物理学家认为金属氢很可能是常温超导体，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很低的温度。

　　室温超导体绝对可以称作物理学界的“心头爱”。其实，现实生活中可以做超导的金属有不少，但大多数金属要在极低温下才具有超导性，耗费成本很高，“当前最好的超导体材料也要在零下70℃的低温下才能实现超导性。”在赵海军看来，如果金属氢实验被证实，将会给超导行业带来巨大改变。

　　专家表示，由于阻力，当前电网损失热能高达15％，金属氢如果可以在室温下达到超导性，就意味着可以实现电力在传输过程中没有任何损耗。该材料甚至还可能是有史以来发现的最强大的火箭推进剂。

　　或许正如席尔瓦拉所言，金属氢可以彻底变革我们的运输系统，使得磁悬浮高速列车成为可能。同时，它还能使电动汽车更有效率，并改善许多电子设备的性能。

　　不过，这对新材料的稳定性也是极大的考验。赵海军解释：“举一个不十分恰当的例子，人们利用石墨在高温和高压条件下制备金刚石，当恢复到常温常压之后，金刚石仍然会保持金刚石的状态，而不会变回石墨。”席尔瓦拉也表示，判定这种材料是否稳定仍然是一个十分重要的课题。

　　赵海军坦言，金属氢作为常温超导体，距离实际应用还有很长的一段距离，“这只是实验室环境下的技术上的突破，离超导的应用还很遥远。”