Harvard skutečně vytvořil "svatý grál" pevného kovového vodíku?

Anonim

Harvard skutečně vytvořil "svatý grál " pevného kovového vodíku?

Věda

Eric Mack

28. ledna 2017

3 obrázky

Vodík má nejjednodušší atomovou strukturu prvků, skládající se z jediného protonu a elektronu (Credit: Harvardská univerzita)

Výzkumní pracovníci Harvardské univerzity říkají, že se jim podařilo vytvořit potenciálně revoluční materiál, který teoreticky dokázal teprve několik desetiletí: pevný kovový vodík.

V roce 1935 vědci předpovídali, že vodík může být transformován na kov za obrovské množství tlaku podobný tomu, jak se uhlíkové atomy mohou tvořit diamanty. Tehdy se předpokládalo, že by mělo dělat trik 25 gigapascalů (asi 250 000 krát normálního atmosférického tlaku na Zemi).

Harvardští fyzici Ranga Dias a Isaac F. Silvera říkají, že musí najít způsob, jak podrobit vodíku téměř dvakrát tolik tlaku, který je mnohem intenzivnější než tlak v centru Země, než konečně prošel přechodem, který byl předpovědi před více než osmdesáti lety.

"Toto je svatý grál fyziky vysokého tlaku, " řekla Silvera. "Je to první vzorek kovového vodíku na Zemi, takže když se na to díváte, díváte se na něco, co nikdy předtím neexistovalo."

Aby se vytvořil materiál, byl do něčeho vložen malý kapalný vzorek vodíku do něčeho nazývaného diamantová kovadlina, ve které je vzorek v podstatě stlačen mezi dvěma speciálně potaženými a zesílenými diamanty na 495 gigapascalu nebo více než 71, 7 milionu liber na čtvereční palec. Extrémní tlak rozkládá těsně vázané molekuly na atomový vodík, což Silvera vysvětluje jako kov, což znamená, že je to látka, která je pevná, lesklá, tvárná, tvárná a dobrý vodič tepla a elektřiny.

Zatímco kovový vodík je realizací proroctví pro fyziku, mohlo by to mít také významné důsledky jako užitečný nový materiál.

"Jedna předpověď, která je velmi důležitá, je kovový vodík, který se předpokládá, že bude meta-stabilní, " uvedla Silvera. "To znamená, že pokud vytáhnete tlak, zůstane kovový, podobný tomu, jak diamanty vytvářejí z grafitu při intenzivním teple a tlaku, ale zůstanou diamanty, když se tento tlak a teplo odstraní.

Pokud je kovový vodík stabilní při pokojové teplotě, mohl by mít velký potenciál jako supravodič a vést k významnému zlepšení účinnosti při výrobě, přenosu a skladování energie.

"To by bylo revoluční, " řekl. "Až 15 procent energie se při přenosu ztratí, takže pokud byste mohli vyrobit vodiče z tohoto materiálu a používat je v elektrické síti, mohlo by to změnit tento příběh."

Samozřejmě, že právě teď to bude vyžadovat hodně energie k vytvoření kovového vodíku, takže pojem, že se všechny naše dráty z věci zdá být cesty. Ale Silvera věří, že veškerá energie, která byla zatažená, může mít jiné aplikace mimo naši planetu.

"Pokud ji převedete zpět na molekulární vodík, uvolníte veškerou energii, takže to z něj udělá nejmocnější raketový pohon, který je člověku znám, a mohl by způsobit revoluci v raketoplánu."

Říká, že rakety poháněné kovovým vodíkem by mohly nabízet větší výbuch pro buck, což umožňuje spuštění většího množství užitečných zatížení s méně raketovými stupni.

"To by vám umožnilo prozkoumat vnější planety, " řekla Silvera.

Silvera a Dias publikoval článek o vytvoření kovového vodíku v posledním čísle časopisu Science . Vysvětlují základy výkonu v následujícím propagačním videu. Ale je to úspěch, co říkají, že je?

Ne všichni ve vědecké komunitě se prodávají o tvrzení, že Silvera a Dias skutečně dostali své ruce na tento nepolapitelný kovový svatý grál.

"Z našeho pohledu není to přesvědčivé, " řekl Michail Eremets v samostatném článku. "Vidíme pouze jeden experiment, měl by být reprodukován. "

Eremets pracuje také na vytváření kovového vodíku v Max Planck Institute of Chemistry v Německu. V roce 2012 on a jeho kolegové mysleli, že vytvořili první část věci, ale dnes tvrdí, že jejich důkazy nejsou přesvědčivé.

Vědci se však podařilo vytvořit tekutý kovový vodík, a to včetně profesora Eugena Gregoryanza z univerzity v Edinburghu, který také mluví o práci Silvera a Dias v méně než žhavých termínech pro vědu .

"Slovo odpadky to opravdu nemůže popsat, " řekl.

Jednou z částí sporu jsou povlaky, které jsou kladeny na diamanty v kovadlině. Zatímco posilují diamanty, je také obtížnější interpretovat laserová měření a zjistit, co se skutečně děje v experimentu.

Dřívější studie zahrnující stlačený vodík se změní na lichý stav někde mezi plynem a kovem, ale také tak tmavé, že neodrážejí vůbec žádné světlo.

Alexander Goncharov z Carnegieho ústavu pro vědu řekl novinářskému časopisu Nature, že podezřívá, že lesklý materiál vytvořený na Harvardu může být ve skutečnosti oxidem hliníku, který se používá k natírání diamantu, který by se mohl chovat jinak pod tlakem.

"Pokud chtějí být přesvědčiví, musí měřit měření, opravdu měřit vývoj tlaku, " shrnuje Paul Loubeyre, fyzik ve francouzské komisi pro atomovou energii. "Poté musí ukázat, že v tomto tlakovém rozsahu se oxid hlinitý nestává kovovým."

Silvera a Dias stojí podle výsledků. Silvera vysvětluje, že je chtějí oznámit ještě předtím, než provedli další testy, protože by to mohlo zničit jejich diamantový zlozvyk. Nakonec se ale zdá, že kontroverze se může vyřešit, protože tým plánuje provést další testy, aby se ukázalo, že vzorek má atomovou strukturu pevného kovu. Také plánují odšroubovat svěrák, aby zkontrolovali a zjistili, zda je kov metastabilní podle očekávání.

"Neustálá výzva je uhasit kovový vodík, a pokud ano, zvážit jeho teplotní stabilitu, aby zjistil, zda existuje cesta pro výrobu ve velkém množství, " přečte závěrečná čára papíru.

Zdroje: Harvardská univerzita, Věda

Vědci vytlačili vodík mezi diamantovým svěrákem, aby ho přeměnili na pevnou kovovou formu (Credit: Harvard University)

Vědci vytlačili vodík mezi diamantovým svěrákem, aby ho přeměnili na pevnou kovovou formu (Credit: Harvard University)

Vodík má nejjednodušší atomovou strukturu prvků, skládající se z jediného protonu a elektronu (Credit: Harvardská univerzita)