鄭惇

電影《星際穿越》中，地球不再適宜人類生存，為使人類文明得以延續(xù)，美國宇航局提出了兩個計劃。A計劃是人類太空移民；B計劃是尋找宜居星球，將主人公庫珀所在飛船上的人類生殖細胞培育出新人類，繼續(xù)人類文明。撇開電影的結(jié)局不談，這兩個計劃有一個共同之處，就是需要飛船，飛船要飛那么遠，那么久，燃料儲備一定要充足。

目前，科學家們致力于研究含能材料。含能材料廣義上指蘊含有大量可釋放化學能的一類物質(zhì)，主要類別包括發(fā)射藥、推進劑、炸藥、煙火劑等。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新型含能物質(zhì)或復合物被發(fā)掘，也逐漸被納入含能材料的范疇之中。所以，現(xiàn)代的含能材料更多的是指含有爆炸性基團或含有氧化劑和可燃物，能獨立地進行化學反應并輸出能量的化合物或混合物。目前，聚合氮和金屬氫是科學家重點研究的含能材料。

聚合氮氣成固體燃料

聚合氮具有所含能量高、密度高、生成物為清潔的氮氣等優(yōu)點，是未來火箭推進劑的理想燃料，然而，聚合氮并不容易獲得，理論上它的生成條件像形成金剛石那樣苛刻，但是大自然中有金剛石的存在，目前為止，我們卻沒有發(fā)現(xiàn)自然形成的聚合氮。氣態(tài)的氮在6萬個標準大氣壓下才會變成固態(tài)氮，試驗模型表明生成聚合氮需要在將近200萬個標準大氣壓的情況下，并且無法保證聚合氮能夠像金剛石一樣在氣壓減小后還維持穩(wěn)定狀態(tài)。

20世紀90年代，美國國防部高級研究計劃署化學家克里斯特帶領(lǐng)團隊研制全氮化合物，至2002年，他們成功地分離出了五氮陽離子，遺憾的是五氮陽離子難以大量結(jié)合，更別說呈中性的聚合氮分子了。不久前，德國美因茨馬克思·普朗克科學促進協(xié)會研究人員通過激光加熱微型金剛石小室內(nèi)的氮氣，得到立方體偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)聚合氮，其密度是水的3倍，是液態(tài)氫的50倍。理論上，它可以存儲大量的能量。但實際上，它在室溫下極不穩(wěn)定，一旦接觸空氣就會劇烈反應。

最近，南京理工大學研究人員發(fā)布他們的研究成果：首例五氮唑陰離子鹽的合成。他們的研究成果推動了聚氮化合物應用的進程。

聚合氫氣成金屬

除了聚合氮，金屬氫同樣廣受關(guān)注。通常情況下，氫是以氣體形態(tài)出現(xiàn)的，木星的大氣就有82%的氫，但隨著深度的增加，氫逐漸變?yōu)橐簯B(tài)，在木星內(nèi)部的更深處，氫在高溫高壓的情況下會變成金屬氫。

據(jù)預測，金屬氫儲藏的能量是烈性炸藥TNT的50倍。相比之下，金屬氫的生成條件沒有聚合氮那么苛刻?，F(xiàn)在，科學家已經(jīng)意識到，金屬氫可能在常溫常壓下仍然能維持穩(wěn)定。2017年，哈佛大學教授伊薩克·席爾瓦拉和他的團隊成功制成金屬氫，這是地球上唯一一塊金屬氫樣品，被稱為“無與倫比的成就”。然而，這塊金屬氫的地球之旅是短暫的，由于操作失誤，這塊唯一的金屬氫消失了！這塊金屬氫過快的消逝，使得對于它的品質(zhì)、特性、形態(tài)以及是否便于儲存都還不得而知。這也引起了一些專家的質(zhì)疑，表示只有能夠重復這項實驗時他們才會承認這一成果。

不管怎樣，科學家們共識是，金屬氫值得放手一搏，如果確定它能夠在常溫常壓下維持穩(wěn)定，那么它的應用前景十分廣闊。尤其是應用于航天領(lǐng)域，作為未來星際航行的燃料是非常值得期待的。

無論是聚合氮還是金屬氫，都有一個共同點：環(huán)境友好。無論是氮氣還是氫氣都是清潔氣體。我們期待著它們的成功運用，這將是一次里程碑式的飛躍。endprint