什么是金属氢

【专家解说】：液态或固态氢在上百万大气压的高压下变成的导电体、由于导电是金属的特性，故称金属氢。 早在1935年，英国物理学家就预言，在一定的高压下，任何绝缘体都能变成导电的金属，只是，不同的材料转变成导电金属所需的压力不同而已，有的材料，如磷，已能获得导电体，但稳定的金属氢样品始终没有得到。在苏联、日本、美国的几个实验室中，只在上百万大气压的超高压下得到了金属氢，不过，一旦恢复常压，氢又回复到初始状态。判断得到了金属氢，依据是当处于高压下时，它的电阻从108欧姆变为102欧姆（苏联人的数据），或从1.26×1012欧姆降到102欧姆（日本人的数据）。 从理论上来看，在超高压下得到金属氢是确实可能的。不过，要得到金属氢样品，还有待科学家们进一步研究。 尽管目前还末把金属氢拿到手，但理论工作者推断，金属氢是一种高温超导体，是高密度、高储能材料。 已掌握的超导材料大多需在液氦（－269℃)冷却下使用，这使超导技术的发展受到限制。金属氢的超导临界温度(即体现超导性质主最高温度)是-223－-73℃，能够在液氮（－196℃)温度下使用这将大大推动超导技术的发展。 由于金属氢是高密度材料，用它作燃料，火箭的体积和重量都会大大减小，航天事业将因此而产生巨大的飞跃。 和化学家不同，天文学家将氢和氦以外的一切元素统称为金属。在高温和高压条件下，气态的氢也可以成为电导体的金属氢。以木星为例：最外层是1000公里厚的气态分子氢，再往下是24000公里厚的液态分子氢，再往下是45000公里厚的液态金属氢。 金属氢 氢是人们最熟悉的化学元素。它在常温下是一种气体，在低温下可以成为液体，在温度降到零下259℃时即为固体。如果对固态氢施加几百万个大气压的高压，就可能成为金属氢。金属氢的出现是当代超高压技术创造的一项奇迹，它是目前高压物理研究领域中一项十分活跃的课题。 氢在金属状态下，氢分子将分裂成单个氢原子，并使电子能够自由运动。在金属氢中，氢分子键断裂，分子内受束缚的电子被挤压成公有电子，这种电子的自由运动，使金属氢具有了导电的特性。因此，把氢制成金属，关键就是把电子从原子的束缚下解放出来。 1936年美国科学家维那对氢转变为金属的压力作了首次计算，提出了氢转变为金属的临界压力是在100万到1000万大气压的范围以内。目前在世界各国正通过多种途径来产生超高压制取金属氢。比较成熟的有两种方法，一种叫动态压缩法，即是从强磁场中采用快速冲击压缩，获取高压来制取金属氢。另一种叫静态压缩法，即采用1000t重以上的压力机或用将近10层楼高的水压机来产生100～200万大气压的高压，压缩液氢来制造金属氢。 为什么人们如此费尽心血地来研制金属氢呢？这是因为一旦金属氢问世，就如同当年蒸汽机的诞生一样，将会引起整个科学技术领域一场划时代的革命。 金属氢是一种亚稳态物质，可以用它来做成约束等离子体的“磁笼”，把炽热的电离气体“盛装”起来，这样，受控核聚变反应使原子核能转变成了电能，而这种电能将是廉价的又是干净的，在地球上就会方便地建造起一座座“模仿太阳的工厂”，人类将最终解决能源问题。 金属氢又是一种室温超导体，它将甩掉背在超导技术“身上”的低温“包袱”。超导材料是没有电阻的优良导体，但现在已研制成功的超导材料的超导转变温度多在零下250℃左右，这样的低温工作条件，严重地限制了超导体的应用。金属氢是理想的室温超导体，因此，可以大显身手。 用金属氢输电，可以取消大型的变电站而输电效率在99％以上，可使全世界的发电量增加四分之一以上。如果用金属氢制造发电机，其重量不到普通发电机重量的10％，而输出功率可以提高几十倍乃至上百倍。 金属氢还具有重大的军用价值。现在的火箭是用液氢作燃料，因此必须把火箭做成一个很大的热水瓶似的容器，以便确保低温。如果使用了金属氢，火箭就可以制造得灵巧，小型。金属氢应用于航空技术，就可以极大地增大时速，甚至可以超过音速许多倍。由于相同质量的金属氢的体积只是液态氢的1/7，因此，由它组成的燃料电池，可以较容易地应用于汽车，那时，城市就不再像现在这样喧哗、污染而变得十分清洁、安静。 金属氢内储藏着巨大的能量，比普通TNT炸药大30—40倍。因此，金属氢聚变时释放的能量要比铀核裂变大好多倍。伴随着金属氢的诞生必将会产生比氢弹威力大好多倍的新式武器。 从20世纪40年代开始，美、日等国就投入了大量的人力、物力研制金属氢。目前，世界上的高压实验室已达100多个。美国已研制成功了能产生100万大气压的压力机，日本研制成功了“分离球体式多级多活塞组合装置”能产生200万个大气压。近年来，日本等几个国家宣布已在实验室内研制成功了金属氢，这是人类向金属氢迈出了可喜的一步。而要使金属氢大规模投入工业生产，还有相当大的困难。但它已有力地推动和促进了超高压技术、超低温技术、超导技术、空间技术、激光、原子能等20多门科学技术向着新的深度发展。可以预言，大规模制造金属氢的时代已为期不远了。