近日，中國科學院合肥物質科學研究院宣佈成功在高溫高壓下獲得了金屬氫和氚，並且將成果發表。

金屬氫被譽爲“高壓物理的聖盃”，我們知道氫是最輕的元素，每立方米氫氣重量只有不到90克，水的密度比它大9000多倍。

但是1立方厘米金屬氫卻有1克重，和氫氣密度差好多個數量級。

要把氫氣從氣體態變成金屬態，說起來很簡單，就是加壓，但是卻又一點也不簡單，需要很高很高的壓力。

上世紀30年代兩位諾貝爾獎得主預測這個壓力大約是25Gpa，也就是25000000000帕，但是事實表明，這個估算還是差得太遠，科學家們現在給出的答案是需要500Gpa的壓力，是最初估算的20倍，而地核中心的壓力才360Gpa。

作爲對比，TNT炸藥爆炸產生的壓力相當於10萬個大氣壓，只有10Gpa多，所以可想而知想要製備金屬氫是一件多麼困難的事情。

目前人類所能製造最高壓力的手段無疑是核爆，據測算核爆中心最高能達到數十甚至數百億個大氣壓，但是這種毀滅性的高壓並沒有什麼用，任何物質在覈爆中心都會化爲氣體。

金屬氫在自然狀態下，可能存在於一些氣態行星的核心，如木星和土星，只有在這樣巨大的行星內部纔能有如此高的壓力。

在實驗室製造金屬氫，就需要一種靜態下產生高壓的儀器，這就是金剛石對頂砧，它是一對經過精心切割和打磨的金剛石，兩個尖端在高壓下互相擠壓，最終能產生400Gpa的壓力，氫原子在這樣巨大的壓力下發生相變，成爲氫元素的簡併態物質，質子和電子組成液態的系統，也就是液態金屬氫，假如質子形成晶體結構，這就成了固態的金屬氫。

金剛石對頂砧的示意圖

金屬氫可以在常態下保持亞穩定，也就是說，當氫氣在超高壓下發生相變變成金屬態後，壓力恢復正常，它仍會保持金屬態。就如同石墨在高壓下變成金剛石，在常態時不會再轉變回石墨。

這一點意義十分重大，因爲金屬氫具有很多奇異的特性。

首先，它是一種高能物質。

金屬氫的能量密度是常規物質裏最高的，是TNT炸藥的35倍，不僅如此，金屬氫的爆速也達到15000米/秒，以威力著稱的猛炸藥黑索金的爆速只有8750米/秒，可見金屬氫的能量密度和猛度都舉世無匹，即便是有“現實版N2爆彈”之稱的全氮陰離子鹽，在威力上也遠遠不及金屬氫。

EVA中的N2爆彈，是一種虛構的威力媲美原子彈的武器

同時金屬氫也是絕佳的火箭燃料，比衝超過1700秒，目前固體推進劑的比衝爲290秒，液體推進劑比衝能到453秒，假如火箭使用金屬氫做推進劑，就可以實現單級火箭入軌這種科幻電影裏才能出現的場景。

第二，金屬氫具有高溫下的超導特性。

據研究，金屬氫的超導溫度大於160K，有望超過乾冰溫度195K，科學家們希望可以利用它最終實現室溫下的超導，如果成功，無疑是人類文明的又一次飛躍。

不過現階段在實驗室裏製備金屬氫，只是萬里長征邁出了第一步，離它的實用化還遠得很。

因爲實驗室製造的金屬氫量太小了，甚至用先進的儀器也很難觀測到，大批量製造金屬氫，相信會是工程學上的一個大難題。

這裏要說一下金剛石對頂對頂砧這種設備，它其實體積很小，基本一隻手就能提起來。

其核心最關鍵的原件就是承受壓力的兩顆金剛石，雖然它並不是像某些文章說的需要用高純度和完美切工的鑽石，實際上使用的是人造鑽石，不過成本也是相當高。

尤其金剛石還是一種耗材，因爲在超高壓力下，氫會滲入鑽石表面產生“氫碎”。之前有媒體採訪國內某個金屬氫課題小組，他們做了100組實驗，耗費的鑽石就有幾百顆，估計成本也不是一個小數目。

但是科學就是如此，剛剛起步的時候總是萬分艱難，比如在19世紀早期，鋁的製造成本高到逆天，它甚至比黃金還貴，但是當電解鋁的工藝出現後，鋁就變成了一種廉價的金屬，畢竟在地殼中鋁是含量最多的金屬。

氫元素在地球的含量也極爲豐富，電解水就可以獲得氫氣，假如將來金屬氫的製造也像鋁一樣變得廉價簡單，對世界的影響將無可估量——當然我們希望它最好別用在軍事上。

本文來源：網易談兵 責任編輯：姚文廣_NN1682