氫氣的金屬化。在巨大壓力下非導體轉變為導體的現象稱為金屬化。在常溫下隨著壓力的增加，分子氫由氣態變成液態，由液態變成固態。理論上，金屬氫作為氫的金屬相是可能存在的，而且在高壓下固氫可以變為金屬氫。獲得金屬氫成為 物理學家尤其是從事高壓物理研究工作者的夢想。
基本介紹
- 中文名：氫金屬化
- 外文名：hydrogenium
背景,研究歷史,實驗方法,新思路,分子氫固體的相關特性,
背景
氫是周期表的第一號元素，由一個質子和一個電子組成。 在室溫常壓下，氫是分子氣體當溫度降到20K時，氣體氫變為液體，到14K時，成為固體氫。固體氫是分子晶體，屬於六角晶系。在室溫下，加壓到5.4GPa時，氫將變為固氫。所以，壓力，溫度都是決定氫的狀態相變和物性的重要條件。由於氫是周期表中的IA族元素，因此它應該是最簡單的金屬。
1935年，Wigner並預言在和Huntington從理論上證明金屬氫的存在的可能性，25GPa高壓下，氫分子組成的固態氫將轉變成呈現出金屬性質的同使氫素異形體金屬氫。此後的實驗表明，對壓力的最初估計不足，金屬化需要更高的壓力。
金屬氫有重要的理論與套用價值，在木星等天體中氫是主要成分，金屬氫也被認為會存在於這些大質量的行星內部研究金屬氫的性質，對於了解和解釋它們的內部結構和強磁現象是很重要的。Ashcrof曾提出金屬氫可能具有很高的超導轉變溫度，是一種很理想的超導材料。金屬氫的高密度特點也使其成為一種理想的儲氫方式、高能燃料。因此如果能用人工的方法合成出金屬氫，將有特別重大的意義。
研究歷史
實驗方法
產生金屬氫的實驗方法是對H2施加高壓。壓縮H2的實驗技術分為動態壓縮法和靜態壓縮法，動態壓縮法以利用爆炸衝擊波產生的瞬間高壓和迅變高磁場產生的瞬間高壓為主，優點是產生的壓力二是衝擊波壓縮以絕熱方法 很高，但也有缺點，一是實驗費用昂貴，這時很難說氫是進行，大部分能量轉化為熱，使樣品溫度升得很高，固態還是電漿。
為了從實驗上證實金屬氫的存在，採用過的高壓方法有動態衝擊波方法、動態等熵壓縮方法和靜態高壓方法等。
新思路
傳統方法一直試圖通過高壓使共價鍵斷裂，將氫分子解離成氫原子轉化為金屬氫。化學反應產生新物質的本質是舊化學鍵斷裂和 即使新化學鍵形成的過程，但超高壓使化學鍵斷裂的效果並不好在 250GPa 的壓力下，氫分子中的共價鍵也沒有斷裂。而這個問題興許可以通過引入化學方法巧妙的解決。
高壓難以破壞的共價鍵。可以用簡單的化學反應破壞。例如氫氣的不穩定同素異形體三原子氫，就可用低壓放電管制備。將高壓和電化學反應結合起來，可能會產生新的突破。
用化學方法打舊鍵斷裂必然伴隨著新鍵產生與新物質的生成，打破H2的共價鍵意味著氫元素也會參與反應， 產生其他物質，所以除但我們了H2產生三原子氫的反應外，其他化學反應似乎無法利用。
分子氫固體的相關特性
氫分子冷卻到20.4K時變成液體，到14K時變為固體，是絕緣體，氫分子與氫分子間由范德華力結合，氫分子中質子間由很強的共價鍵結合。在 5.7 GPa下，氫氣將直接變為固體。 經同步輻射實驗和中子衍射實驗證明氫分子固體為hcp結構。
1988 年，毛河光等在高壓拉曼實驗中發現氫在150 GPa、77 K下發生Vibron不連續變化相變，其頻率下降 100 cm -1。圍繞著這個相變，人們做了大量實驗：1989年，氫同位素氚的Vibron頻率實驗；1990年，氫的150 GPa相變的溫度相關性實驗；1990 年，氫的 80 GPa折射率實驗；1993 年，氫在150 GPa 、 85 K時紅外Vibron頻率的不連續性實驗。 但是，如電阻率變化這樣的直接實驗證據並沒有獲得，由此相 變得到能帶重疊的分子相金屬氫仍然是沒有定論。
固態氫在何壓力下可轉化為金屬氫，各人的計算結果很不一致，大部分的理論預言（包括能帶理論和均勻電子氣微擾理論）是 100～500 GPa。國內李俊傑和朱宰萬計算了固體氫和金屬氫的基態能量與狀態方程，得出轉變為原子金屬氫的壓力為 445GPa。
