金属氢是什么金属氢是什么物质( 二 ) _小知识

刚才提到，金属的本质在于构成物质的原子之间的作用力是金属键，简单地说，如果把氢气分子之间的分子键转变成金属键，那么金属氢就制成了。当然，说起来简单，但人类对这一问题已经研究了八十多年。
金属氢是怎么制造出来的？千呼万唤始出来。下面我们就来看一下，金属氢究竟是怎么做出来的。
我们都知道，降温会使水结冰，液化气则是把可燃气体通过压缩变成液体，降温和加压是制造更稳定状态的两种手段。科学家也是这么做的。不过，想要做出金属氢，对温度和压力的要求都更为苛刻。
据报道，在哈佛的实验室中，科学家在极低的温度下，利用特殊处理的金刚石砧对固态氢施加了495GPa的压力，这个压力相当于大气压的近500万倍，而我们地球的核心压力也只有大气压的360万倍左右。显然相比于创造低温环境，产生超高压难度更大。超高压环境的创造是金属氢制备的核心步骤，也是最困难的地方。在这样的低温超高压环境下，氢变成金属氢，光泽耀眼，反射率高达0.91 ，产生了自由电子的金属化迹象。于是有了下面的一组照片（图4）：

文章插图
图4. （图片来源：参考资料[1]）
此时，氢原子之间的作用力转化为金属键，每个氢核外的仅有的一个电子终于挣脱束缚，成为自由电子。这个过程相当复杂。不过，人类为什么要把飘逸自由的气体制成结构有序的金属呢？
金属氢的神奇之处
首先，金属氢具有巨大的能量。简单地说，我们在制作金属氢时赋予了巨大的能量，反过来，巨大的能量还会释放出来，利用此特点，我们可以用它来做火箭燃料。
其次，金属氢极为重要的特性在于，它可能是一种高温超导材料。
我们都知道，电的使用无处不在，但是当电流通过导线或者其他物体的时候，由于电阻，总是要交一些“过路费” ，损耗部分能量。简单地说，超导材料就是在一定温度之下，材料电阻变为零、没有能量损耗的材料。然而，一般的超导材料需要降到非常低的临界温度下才能转化为超导态，实现起来极为困难。而金属氢恰好可能成为一种高温超导材料。请注意，这里的“高温”只是相对的，对于一种超导材料，临界温度能达到室温或者较室温稍低的温度，性能就已经很优异了。所以，人们才会如此渴盼或能成为高温超导材料的金属氢的诞生。
最后，我们再看一下制造金属氢实验所用的仪器（图5）。这就是“金刚石对顶砧” 。尽管实验人员前期通过化学刻蚀、真空高温退火等精密操作，使金刚石对顶砧成为“钻石中的钻石” ，但是由于后续试验操作失误，金刚石砧还是碎成了粉末。

文章插图
图5. 金刚石对顶砧示意图（图片来源：Tobias1984/CC BY-SA 3.0）
总而言之，金属氢的前途不可限量。虽然金属氢的实现极具挑战，但目前看来只是时间问题，如何用得上、用得好，才是人类之后面对的更大挑战。

金属氢是什么 金属氢是什么物质( 二 )

金属氢是什么金属氢是什么物质( 二 )