NO:22神奇的金属氢

    北京，清华大学材料学院2013年4月26日成立。新成立的材料学院由原材料科学与工程系和原机械工程系材料学科部分组成，涵盖材料科学与工程一级学科，材料学、材料物理与化学、材料加工3个二级学科。这里有全国最顶尖的研究设备。和最牛逼的研究团队，其中还有不少海归专家。而且还有全国唯一一台精度高的扫描隧道显微镜。

    而今天这里在进行一项材料分析研究。事件的起因要回溯到一个多月以前。二重的实习生李晓。发现了林峰没带走的废料。在二重的研究室里也看不出个所以然。去川大找自己的导师。但是川大没有扫描隧道显微镜。

    扫描隧道显微镜亦称为“扫描穿隧式显微镜”、“隧道扫描显微镜”，是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德·宾宁（G.Binnig）及海因里希·罗雷尔（H.Rohrer）在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明，两位发明者因此与恩斯特·鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。

    扫描隧道显微镜的工作原理简单得出乎意料。就如同一根唱针扫过一张唱片，一根探针慢慢地通过要被分析的材料（针尖极为尖锐，仅仅由一个原子组成）。一个小小的电荷被放置在探针上，一股电流从探针流出，通过整个材料，到底层表面。当探针通过单个的原子，流过探针的电流量便有所不同，这些变化被记录下来。电流在流过一个原子的时候有涨有落，如此便极其细致地探出它的轮廓。在许多的流通后，通过绘出电流量的波动，人们可以得到组成一个网格结构的单个原子的美丽图片（注：扫描隧道显微镜(STM)在纳米级尺度上对各种表面进行刻蚀与修饰，实现纳米加工，这是其应用的一个重要领域。用STM进行表面加工的方法主要有两类：第一类是在金属、半导体或绝缘体表面上直接写入点、线或规定的图形符号。具体方法通常是在STM的恒流模式工作状态下，在针尖上加一定的电压脉冲，或突然缩短针尖与样品间的距离，使针尖下样品表面形成坑、丘等结构变化。

    第二类方法是通过STM的电子束引起化学反应，在针尖下的表面微区淀积金属材料。大家看明白没有：这种设备一样可以用来制造芯片。而且比光刻机更简单。速度更快。它可进行原子级别的雕刻，可以移动原子，法国还专门有这种拉力赛，是的移动是一原子的拉力赛，每年举行一次，中国没有参赛。因为我们根本没有这种级别的设备。所以千万不要以为我之前说的粒子传送器说得有多么玄乎。）

    但是这种设备在中国也是有数的。就算是北京也就几大院校和中科院有。清华，也仅仅只有一台。历时半个月。结果终于出来了。照片虽然有点模糊，但是结果基本可以确认。这块材料是由碳纳米管包裹氢原子。以地球目前技术可以做到。就是上面所说的那种原子拉力赛的STM，那也是扫描隧道显微镜，只是更为先进而已。但是一天时间就加那么几十个氢原子进去能干嘛？

    当他们确定这块材料就是金属氢的时候，整个材料学院都沸腾了。自1936年提出金属氢这个概念以来，很多年来，科学界孜孜不倦的努力，但是从来都没有任何结果。中国甚至为此制造了一台一百万个大气压的压机。然而这并没有什么卵用。但是现在却有一块成品金属氢的材料。甚至锻造前的毛胚也有。虽然知道自己暂时不可能实现这个生产过程，但是原理知道了，生产工艺也有所了解，虽然不知道是用何种方法把氢原子放到了碳纳米管里面，并且把它束缚住，但是以后总会解决的。

    金属氢超导材料在军事领域的应用将是非常广泛的，如超导电磁推进系统、超导电磁炮、超导粒子束武器、大功率发动机、超导储能系统、超导计算机等等。轻型结构材料通过使用添加剂，可以把金属氢变得既稳定又坚固，具有密度小、强度高的特点。据科学家估算，其密度可能仅为0.7克/立方厘米，只有铝的密度的1/3、铁的密度的1/10，但其强度却是铁的2倍。如果用它来制造军用装甲车辆、战斗机等武器装备，肯定要比普通材料节省燃料，而且性能将会更佳。

    高能清洁燃料固态金属氢能存储大量能量，且单位体积能量高。如果固态金属氢所存储的能量能慢慢地释放，就可用它代替汽油或其他运输燃料；如果能较快地释放，就可用它作火箭或弹药的推进剂，每千克固态金属氢所产生的推力相当于每千克液氢－液氧火箭燃料的5倍。用金属氢作推进剂的导弹、炮弹等武器体积将大大缩小，射程将会增大，威力也将更强。