科學從頭開始
「高壓研究在20世紀以前是空白的,」毛河光說,壓力、溫度、元素成分,被稱為物質科學的三維空間,能控制、改變物質的性質。過去的研究著重在溫度變化與化學成分對物質的影響,唯獨「壓力」這個變項一直以來都被忽視,原因是過去的實驗技術創造不出高壓環境,也無法觀察、確定物質在高壓下會發生什麼變化。
高壓研究直到20世紀才啟蒙,近三十年才達到夠高的壓力,近十年才具備完善的探測手段,因此可以說是21世紀的新科學。
「加入壓力這個變項後,科學等於從頭開始!」毛河光如是說。
以水為例,水因溫度的不同,有液態、氣態、固態3種不同型態,但如果加上壓力,會產生相乘效果,變成至少20種型態,例如現在很時髦的「電漿」就是其中一種。
再以眾所周知的石墨(碳)為例,石墨在高壓下會變成鑽石,但石墨和鑽石具有完全不同的特性:石墨軟、鑽石硬;石墨黑、鑽石晶瑩剔透;石墨導電、鑽石絕緣。
在高壓下,毛河光還發現除了水銀以外第二個液態金屬──鈉,鈉在高壓下的融點下降到室溫,成為液態。
基礎高壓研究中的各項發現,如果有辦法帶回常壓環境內持續下去,就能造就許多非常有價質的材料。能源就是其中一個例子。
由於全球的石油和天然氣估計在50年內即將耗盡,尋找替代能源已是當務之急。其中,用氫來做燃料是一個研究方向。
氫(H)是宇宙中最多的元素,而水(H2O)是宇宙中最多的化合物,只要分解水即可獲得氫,可以說是取之不盡。問題是如何將氫製成燃料,像目前汽油般注入汽車的技術面,一直不能解決。
雖然以氫為燃料的汽車早已研發出來,但液態氫會蒸發,而氣態氫儲存起來體積龐大,宛如氣體炸彈,危險性高。根據毛河光的研究,在高壓下將氫與水合成氫水化合物,水會變成一個籠子,把氫包在裡面,變成像冰塊一樣。將這個氫水化合物解除高壓、重新帶回常壓常溫中,氫就可以釋放出來,並且可燃,俗稱「可燃冰」。
毛河光的高壓研究,找到安全、有效率地儲存並釋放氫的新途徑,這項技術已經獲得美國專利,但離商品化還有一大段距離。