還有天“鋰”嗎？有呀！我國天文學家發現好多呢！

近日,中國科學院國家天文臺利用郭守敬望遠鏡(LAMOST)中解析度巡天的海量光譜數據,該臺科研人員精確測量併發布了約45萬顆恒星的鋰元素豐度數據。這是目前世界上最大規模的鋰元素豐度數據,對研究鋰元素的起源與演化具有重要的科學意義。相關研究成果線上發表于《天體物理學報增刊》。

01 455752顆恒星的鋰元素豐度

鋰元素豐度在恒星、星系以及宇宙學研究中都扮演著非常重要的角色。“但是,大量天文觀測表明,鋰元素豐度表現出了許多與理論相悖的現象。因此,一個大規模、均勻的恒星鋰豐度樣本,對於限制和完善鋰元素的起源與演化至關重要。”論文共同通訊作者、中國科學院國家天文臺研究員施建榮説。

基於LAMOST中解析度光譜數據,研究人員利用模板匹配方法,在約80萬恒星光譜(含重復觀測源)中,確定了455752顆恒星的鋰元素豐度。這些恒星涵蓋了從前主序到巨星的絕大部分恒星演化階段,並包含了一定比例的星團成員星、貧金屬星等有較高研究價值的目標,有望推動鋰元素起源和演化研究進入一個新的階段。審稿人評價該工作提供了“前所未有規模”的樣本。

與此同時,這項研究還發現了近1000顆鋰元素含量超豐的恒星,並且發現一些未演化恒星也表現出一定程度的鋰超豐現象。

施建榮表示,這一成果為揭示恒星中鋰元素的起源和演化機制提供了新的機遇,為揭開宇宙中鋰元素之謎提供了新窗口。

02認識鋰元素

鋰(Lithium)是一種金屬元素,位於元素週期表的第二週期IA族,也是化學元素週期表中排位第一的金屬元素,元素符號為Li,它的原子序數為3,原子量為6.941。鋰單質是一種銀白色的、軟質的金屬,是密度最小的金屬。然而,單質鋰在自然界中並不多見。它的熔點為181 ℃,沸點為1342 ℃,比熱容為3.58 kJ/kg·K,可與水反應。

通常,IA族的鹼金屬具有非常明顯的金屬元素特徵,如極易形成+1價陽離子、極低的電負性和第一電離能等。此外,鋰原子容易極化其他的分子或離子,自身卻不容易受到極化,這一點就影響到它和它的化合物的穩定性。

03鋰的用途

鋰廣泛應用於電池、陶瓷、玻璃、潤滑劑、製冷液、核工業以及光電等行業。隨著電腦、數位相機、手機、移動電動工具、移動電源、新能源汽車、現代化工、核電、光伏等産業産品的不斷發展,鋰已經上升為國家最重視的新時代戰略金屬之一。目前,電池行業是鋰最大的消費領域,玻璃和陶瓷行業成為鋰的第二大消費領域。

▼電池製造業

由於很高的能量密度,以及品質輕、體積小、壽命長、性能好、無污染等優點,鋰電池甚受青睞。近年來,鋰電池在電池領域的佔比已經從1997年的7%上升到2013年的35%,被廣泛應用到筆記型電腦、手機、數位相機、小型電子器材、航太、機電以及軍事通訊等領域。

▼玻璃製造業

鋰精礦或鋰化物主要在玻璃熔化過程中起到助熔作用,能夠降低玻璃熔化時的溫度和熔體的粘度,簡化生産流程,降低能耗,延長爐齡,增加産量,改善操作條件,減少污染。在玻璃中添加鋰化合物,還能降低玻璃熱膨脹的系數,改善玻璃的光潔度,提高玻璃製品強度、延性、耐蝕性及耐熱急變性能。

▼陶瓷製造業

加入少量鋰輝石的陶瓷,其燒結溫度更低、燒結時間更短,製成的陶瓷製品具有更好的流動性和粘著力,更加耐熱、耐酸、耐鹼、耐磨。目前,含鋰輝石陶瓷廣泛應用於微波爐托盤、電磁灶面板、汽輪機葉片、火花塞等製品中。

▼潤滑脂製造業

鋰基潤滑脂具有抗氧、耐壓、潤滑性能好等優點,在-60~300 ℃範圍內潤滑脂的粘性變化很小。因此,鋰基潤滑脂被廣泛應用於飛機、坦克、火車、汽車部件以及治金、石油化工行業中。

▼冶金産業

鋰合金是航空製造業中輕合金、超輕合金、耐磨合金以及其他有色合金的重要組成部分。在合金中加入鋰可以大大改善合金性能,例如,鋰鎂合金是高強度輕質合金,不僅具有良好的導熱、導電、延展性,還具有耐腐蝕、耐磨損、抗衝擊性能好、抗高速粒子穿透力等特點,被譽為“明天的宇航合金”,被廣泛應用到航空航太、國防軍工等領域。

鋰也是良好的的脫氣劑。將鋰加入熔融的金屬或合金中,鋰就會與金屬或合金中諸如氫、氧、硫、氮等氣體發生反應,生成密度小、熔點低的化合物。這一過程不僅能除去氣體,使金屬變得更緻密,還能消除金屬中的氣泡以及其他缺陷,從而改善金屬的晶粒結構,提高金屬的機械性能。除此之外:

金屬鋰具有熱容大、液相溫度範圍寬、熱導率高、粘度低和密度小等性質,在核聚變或核裂變反應堆中用作冷卻劑;

溴化鋰是一種高效水蒸氣吸收劑和空氣濕度調節劑,被廣泛用於空調、除濕、製冷和空氣凈化系統;

鋰鹽肥料可以防治番茄腐爛和小麥銹穗病;在鋁電解槽中添加鋰鹽,能夠提高融鹽流動性,降低電解度,節約電能效果顯著;

正丁基鋰還用作合成苯乙烯、丁二烯醇的引發劑,廣泛應用於耐高溫和低溫的橡膠密封材料和橡膠輪胎,其中橡膠輪胎加入丁基鋰可使其壽命提高4倍以上。

來源:科普中國綜合科技日報