科技日報記者 劉霞
一個國際科研團隊首次在實驗環(huán)境中觀察到低溫條件下氫納米團簇展示出“超流體”特性,這意味著氫原子能夠在沒有阻力的情況下流動。在此之前,這種量子狀態(tài)僅在氦中被觀測到。詳細成果發(fā)表在最新一期《科學(xué)進展》雜志上。
該團隊指出,這一發(fā)現(xiàn)極大地增強了人們對量子流體的理解,并可能推動更高效的氫儲存和運輸方法的發(fā)展,從而進一步促進氫能經(jīng)濟的進步。
早在1936年,科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了氦在低溫環(huán)境下具有“超流體”特性,即氦原子能夠無摩擦地穿過非常狹窄的通道。1972年,諾貝爾獎得主、蘇聯(lián)物理學(xué)家維塔利·金茲堡預(yù)測,液態(tài)氫也可能會展示出相似的“超流體”特性。然而,由于氫在零下259攝氏度時會變成固體,因此一直未能直接觀察到它的“超流體”特性。
在最新研究中,由加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)、日本理化學(xué)研究所和金澤大學(xué)團隊創(chuàng)建了一個納米級的極冷實驗室環(huán)境。他們將少量的氫分子封閉在溫度低至零下272.25攝氏度的氦納米液滴中,確保即使在如此低溫下氫也能維持液態(tài)。然后,通過將甲烷分子嵌入這些氫團簇內(nèi),并使用激光脈沖使它們旋轉(zhuǎn)。
實驗結(jié)果表明,當(dāng)大約15到20個氫分子形成團簇時,甲烷分子可以在其中毫無阻力地自由旋轉(zhuǎn),這標志著氫轉(zhuǎn)變?yōu)榱恕俺黧w”。而且,實驗觀測的數(shù)據(jù)與理論預(yù)測完美匹配。
作為一種清潔且可再生的能源,氫燃燒后的產(chǎn)物只有水,不會產(chǎn)生任何污染物或溫室氣體,因此被譽為“終極能源”。然而,氫的生產(chǎn)、儲存和運輸仍然是亟待解決的重大挑戰(zhàn)。此次關(guān)于氫“超流體”特性的發(fā)現(xiàn)為開發(fā)更加有效的氫運輸和儲存技術(shù)提供了新的可能性。