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絕緣純水首次在實驗室轉成金屬

欄目:行業資訊 發布時間:2021-08-10
開始是一滴純鈉鉀合金,隨后從金屬中釋放出的電子溶解在水層中,使其呈現出金色的金屬光澤。圖片來源:物理學家組織網

       開始是一滴純鈉鉀合金,隨后從金屬中釋放出的電子溶解在水層中,使其呈現出金色的金屬光澤。圖片來源:物理學家組織網

       科技日報北京8月8日電?(記者張夢然)在正常條件下,純水幾乎是完美的絕緣體,水只有在極端壓力下才會產生金屬特性,譬如說在某些行星的深處。但據物理學家組織網近日消息稱,一項國際合作研究使用完全不同的方法生產了“金屬水”。這是科學家們“繞過”高壓首次在實驗室里讓原本絕緣的純水轉變成金屬。該研究現已發表在近期《自然》雜志上。

????只要有足夠大的壓力條件,很多物質,包括水在內,都可以轉化成導體,從而呈現特殊的金屬性質。這是因為在高壓下,原子或分子被擠壓并共用電子,這些自由移動的電子,就讓絕緣材料擁有了導電性。當然,這一條件意味著非常高的壓力,對于純水而言,需在4800萬個大氣壓下才有可能轉化為導體,這種極端壓力往往僅存在于大質量行星的內部。

????現在,來自世界各地11個研究機構組成的國際團隊,“繞開”了高壓條件,在德國柏林名為“BESSY?Ⅱ”的實驗設施中完成了這項工作。研究團隊突破的關鍵是將水與堿金屬配對。堿金屬其實很容易從其原子的外殼中釋放電子,不過,堿金屬和水之間的化學反應非常之劇烈。因此在實驗中,研究人員顛倒了慣例混合方式,改為將一小點水滴在一滴堿金屬上,在一個真空室內,室溫下以液體形式存在的鈉鉀合金從一個噴嘴滴下,然后水蒸氣再通過管道進入真空室,在金屬液滴的外部形成一個極薄的外層。最后,電子和金屬陽離子從鈉鉀合金中流入水中,形成導電的“金屬水”。

????這項研究成果避開了極端壓力的條件限制,使在地球上的實驗室內制備“金屬水”成為可能,突破了人類對水的認知。

????研究人員羅伯特·塞德爾表示,他們甚至可以用肉眼看到“金屬水”的相變——“銀色的鈉鉀液滴覆蓋著金色的光芒”,令人“印象深刻”。研究人員帕弗爾·朱威爾斯則表示,觀察到“金屬水”是他學術生涯的高光時刻。

????想象一下這個畫面。一群國際團隊,利用德國柏林的實驗設施,一步一步操作,環環相扣,過程也必須嚴絲合縫。一切就像一場嚴謹又華麗的魔術。然后,電子和金屬陽離子流入水中。金色的光芒,覆蓋著銀色的鈉鉀液,這是人類制造出的美景——金屬水。這次,他們沒有走“高壓”路線,用精巧的設計,避免了爆炸,讓純水具備了金屬特性——水中的帶電粒子的行為就像金屬塊中的自由電子一樣。制備出金屬水,就像創造出了一種新的物質,這種美麗令人振奮和激動。

 


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