Bydd hydrogen metelaidd yn newid wyneb technoleg - nes ei fod yn anweddu

Yn gefeiliau'r XNUMXfed ganrif, nid yw dur na hyd yn oed titaniwm nac aloion o elfennau daear prin yn cael eu ffugio. Yn einionau diemwnt heddiw gyda llewyrch metelaidd disgleirio'r hyn yr ydym yn dal i adnabod fel y mwyaf anodd dod o hyd i nwyon ...

Mae hydrogen yn y tabl cyfnodol ar frig y grŵp cyntaf, sy'n cynnwys metelau alcali yn unig, hynny yw, lithiwm, sodiwm, potasiwm, rubidium, cesiwm a ffranciwm. Nid yw'n syndod bod gwyddonwyr wedi meddwl ers tro a oes ganddo hefyd ei ffurf fetelaidd. Ym 1935, Eugene Wigner a Hillard Bell Huntington oedd y rhai cyntaf i gynnig amodau o dan ba rai gall hydrogen ddod yn fetelaidd. Ym 1996, dywedodd ffisegwyr Americanaidd William Nellis, Arthur Mitchell, a Samuel Weir yn Labordy Cenedlaethol Lawrence Livermore fod hydrogen wedi'i gynhyrchu'n ddamweiniol yn y cyflwr metelaidd gan ddefnyddio gwn nwy. Ym mis Hydref 2016, cyhoeddodd Ranga Diaz ac Isaac Silvera eu bod wedi llwyddo i gael hydrogen metelaidd ar bwysedd o 495 GPa (tua 5 × 10⁶ atm) ac ar dymheredd o 5,5 K mewn siambr diemwnt. Fodd bynnag, ni chafodd yr arbrawf ei ailadrodd gan yr awduron ac ni chafodd ei gadarnhau'n annibynnol. o ganlyniad, mae rhan o'r gymuned wyddonol yn cwestiynu'r casgliadau a luniwyd.

Mae awgrymiadau y gall hydrogen metelaidd fod ar ffurf hylif o dan bwysau disgyrchiant uchel. y tu mewn i blanedau nwy anferthfel Iau a Sadwrn.

Yn niwedd Ionawr y flwyddyn hon, daeth grŵp o prof. Adroddodd Isaac Silveri o Brifysgol Harvard fod hydrogen metelaidd wedi'i gynhyrchu yn y labordy. Fe wnaethant ddarostwng y sampl i bwysau o 495 GPa mewn "einionau" diemwnt, y mae eu moleciwlau yn ffurfio'r nwy H₂ wedi dadelfennu, a strwythur metel wedi'i ffurfio o atomau hydrogen. Yn ôl awduron yr arbrawf, y strwythur canlyniadol metastablsy'n golygu ei fod yn parhau i fod yn fetelaidd hyd yn oed ar ôl i'r pwysau eithafol ddod i ben.

Yn ogystal, yn ôl gwyddonwyr, byddai hydrogen metelaidd superconductor tymheredd uchel. Ym 1968, rhagwelodd Neil Ashcroft, ffisegydd ym Mhrifysgol Cornell, y gallai cyfnod metelaidd hydrogen fod yn uwch-ddargludol, hynny yw, dargludo trydan heb unrhyw golled gwres ac ar dymheredd ymhell uwchlaw 0°C. Byddai hyn yn unig yn arbed traean o'r trydan a gollir heddiw wrth drawsyrru ac o ganlyniad i wresogi pob dyfais electronig.

O dan bwysau arferol mewn cyflwr nwyol, hylifol a solet (hydrogen yn cyddwyso ar 20 K ac yn solidoli ar 14 K), nid yw'r elfen hon yn dargludo trydan oherwydd mae atomau hydrogen yn cyfuno'n barau moleciwlaidd ac yn cyfnewid eu electronau. Felly, nid oes digon o electronau rhydd, sydd mewn metelau yn ffurfio band dargludiad ac yn gludwyr cerrynt. Dim ond cywasgiad cryf o hydrogen er mwyn dinistrio bondiau rhwng atomau yn ddamcaniaethol sy'n rhyddhau electronau ac yn gwneud hydrogen yn ddargludydd trydan a hyd yn oed yn uwch-ddargludydd.

Hydrogen wedi'i gywasgu i siâp metelaidd rhwng diemwntau

Gallai ffurf newydd o hydrogen wasanaethu hefyd tanwydd roced gyda pherfformiad eithriadol. “Mae angen llawer iawn o egni i gynhyrchu hydrogen metelaidd,” eglura’r athro. Arian. "Pan fydd y math hwn o hydrogen yn cael ei drawsnewid yn nwy moleciwlaidd, mae llawer o egni'n cael ei ryddhau, gan ei wneud yr injan roced mwyaf pwerus sy'n hysbys i ddynolryw."

Ysgogiad penodol injan sy'n rhedeg ar y tanwydd hwn fydd 1700 eiliad. Ar hyn o bryd, mae hydrogen ac ocsigen yn cael eu defnyddio'n gyffredin, ac ysgogiad penodol peiriannau o'r fath yw 450 eiliad. Yn ôl y gwyddonydd, bydd y tanwydd newydd yn caniatáu i'n llong ofod gyrraedd orbit gyda roced un cam gyda llwyth tâl mwy a chaniatáu iddi gyrraedd planedau eraill.

Yn ei dro, byddai uwch-ddargludydd hydrogen metelaidd sy'n gweithredu ar dymheredd ystafell yn ei gwneud hi'n bosibl adeiladu systemau trafnidiaeth cyflym gan ddefnyddio trosglwyddiad magnetig, byddai'n cynyddu effeithlonrwydd cerbydau trydan ac effeithlonrwydd llawer o ddyfeisiau electronig. Bydd chwyldro hefyd yn y farchnad storio ynni. Gan nad oes gan uwch-ddargludyddion unrhyw wrthwynebiad, byddai'n bosibl storio ynni mewn cylchedau trydanol lle mae'n cylchredeg nes bod angen.

Byddwch yn ofalus gyda'r brwdfrydedd hwn

Fodd bynnag, nid yw'r rhagolygon disglair hyn yn gwbl glir, gan nad yw gwyddonwyr wedi gwirio eto bod hydrogen metelaidd yn sefydlog o dan amodau pwysau a thymheredd arferol. Mae cynrychiolwyr y gymuned wyddonol, y mae'r cyfryngau wedi cysylltu â nhw am sylwadau, yn amheus neu, ar y gorau, yn neilltuedig. Y rhagdyb mwyaf cyffredin yw ailadrodd yr arbrawf, oherwydd un llwyddiant tybiedig yw... dim ond llwyddiant tybiedig.

Ar hyn o bryd, dim ond darn bach o fetel y gellir ei weld y tu ôl i'r ddau einion diemwnt a grybwyllwyd uchod, a ddefnyddiwyd i gywasgu hydrogen hylif ar dymheredd ymhell islaw'r rhewbwynt. A yw rhagfynegiad prof. A fydd Silvera a'i gydweithwyr yn gweithio mewn gwirionedd? Gadewch i ni weld yn y dyfodol agos sut mae'r arbrofwyr yn bwriadu lleihau'r pwysau yn raddol a chynyddu tymheredd y sampl i ddarganfod. Ac wrth wneud hynny, maen nhw'n gobeithio nad yw'r hydrogen jest... yn anweddu.