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科學家們繞過高壓首次讓原本絕緣的純水轉(zhuǎn)變成金屬

2021-08-11 13:32:40 來源：科技日報

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(xiàn)出金色的金屬光澤。

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(chǎn)生金屬特性，譬如說在某些行星的深處。但據(jù)物理學家組織網(wǎng)近日消息稱，一項國際合作研究使用完全不同的方法生產(chǎn)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(zhuǎn)變成金屬。該研究現(xiàn)已發(fā)表在近期《自然》雜志上。

只要有足夠大的壓力條件，很多物質(zhì)，包括水在內(nèi)，都可以轉(zhuǎn)化成導體，從而呈現(xiàn)特殊的金屬性質(zhì)。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(zhuǎn)化為導體，這種極端壓力往往僅存在于大質(zhì)量行星的內(nèi)部。

現(xiàn)在，來自世界各地11個研究機構(gòu)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(nèi)，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(nèi)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。

標簽：金屬特性金屬性質(zhì) 研究機構(gòu) 慣例混合方式