还有天“锂”吗？有呀！我国天文学家发现好多呢！

近日,中国科学院国家天文台利用郭守敬望远镜(LAMOST)中分辨率巡天的海量光谱数据,该台科研人员精确测量并发布了约45万颗恒星的锂元素丰度数据。这是目前世界上最大规模的锂元素丰度数据,对研究锂元素的起源与演化具有重要的科学意义。相关研究成果在线发表于《天体物理学报增刊》。

01 455752颗恒星的锂元素丰度

锂元素丰度在恒星、星系以及宇宙学研究中都扮演着非常重要的角色。“但是,大量天文观测表明,锂元素丰度表现出了许多与理论相悖的现象。因此,一个大规模、均匀的恒星锂丰度样本,对于限制和完善锂元素的起源与演化至关重要。”论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台研究员施建荣说。

基于LAMOST中分辨率光谱数据,研究人员利用模板匹配方法,在约80万恒星光谱(含重复观测源)中,确定了455752颗恒星的锂元素丰度。这些恒星涵盖了从前主序到巨星的绝大部分恒星演化阶段,并包含了一定比例的星团成员星、贫金属星等有较高研究价值的目标,有望推动锂元素起源和演化研究进入一个新的阶段。审稿人评价该工作提供了“前所未有规模”的样本。

与此同时,这项研究还发现了近1000颗锂元素含量超丰的恒星,并且发现一些未演化恒星也表现出一定程度的锂超丰现象。

施建荣表示,这一成果为揭示恒星中锂元素的起源和演化机制提供了新的机遇,为揭开宇宙中锂元素之谜提供了新窗口。

02认识锂元素

锂(Lithium)是一种金属元素,位于元素周期表的第二周期IA族,也是化学元素周期表中排位第一的金属元素,元素符号为Li,它的原子序数为3,原子量为6.941。锂单质是一种银白色的、软质的金属,是密度最小的金属。然而,单质锂在自然界中并不多见。它的熔点为181 ℃,沸点为1342 ℃,比热容为3.58 kJ/kg·K,可与水反应。

通常,IA族的碱金属具有非常明显的金属元素特征,如极易形成+1价阳离子、极低的电负性和第一电离能等。此外,锂原子容易极化其他的分子或离子,自身却不容易受到极化,这一点就影响到它和它的化合物的稳定性。

03锂的用途

锂广泛应用于电池、陶瓷、玻璃、润滑剂、制冷液、核工业以及光电等行业。随着电脑、数码相机、手机、移动电动工具、移动电源、新能源汽车、现代化工、核电、光伏等产业产品的不断发展,锂已经上升为国家最重视的新时代战略金属之一。目前,电池行业是锂最大的消费领域,玻璃和陶瓷行业成为锂的第二大消费领域。

▼电池制造业

由于很高的能量密度,以及质量轻、体积小、寿命长、性能好、无污染等优点,锂电池甚受青睐。近年来,锂电池在电池领域的占比已经从1997年的7%上升到2013年的35%,被广泛应用到笔记本电脑、手机、数码相机、小型电子器材、航天、机电以及军事通讯等领域。

▼玻璃制造业

锂精矿或锂化物主要在玻璃熔化过程中起到助熔作用,能够降低玻璃熔化时的温度和熔体的粘度,简化生产流程,降低能耗,延长炉龄,增加产量,改善操作条件,减少污染。在玻璃中添加锂化合物,还能降低玻璃热膨胀的系数,改善玻璃的光洁度,提高玻璃制品强度、延性、耐蚀性及耐热急变性能。

▼陶瓷制造业

加入少量锂辉石的陶瓷,其烧结温度更低、烧结时间更短,制成的陶瓷制品具有更好的流动性和粘着力,更加耐热、耐酸、耐碱、耐磨。目前,含锂辉石陶瓷广泛应用于微波炉托盘、电磁灶面板、汽轮机叶片、火花塞等制品中。

▼润滑脂制造业

锂基润滑脂具有抗氧、耐压、润滑性能好等优点,在-60~300 ℃范围内润滑脂的粘性变化很小。因此,锂基润滑脂被广泛应用于飞机、坦克、火车、汽车部件以及治金、石油化工行业中。

▼冶金产业

锂合金是航空制造业中轻合金、超轻合金、耐磨合金以及其他有色合金的重要组成部分。在合金中加入锂可以大大改善合金性能,例如,锂镁合金是高强度轻质合金,不仅具有良好的导热、导电、延展性,还具有耐腐蚀、耐磨损、抗冲击性能好、抗高速粒子穿透力等特点,被誉为“明天的宇航合金”,被广泛应用到航空航天、国防军工等领域。

锂也是良好的的脱气剂。将锂加入熔融的金属或合金中,锂就会与金属或合金中诸如氢、氧、硫、氮等气体发生反应,生成密度小、熔点低的化合物。这一过程不仅能除去气体,使金属变得更致密,还能消除金属中的气泡以及其他缺陷,从而改善金属的晶粒结构,提高金属的机械性能。除此之外:

金属锂具有热容大、液相温度范围宽、热导率高、粘度低和密度小等性质,在核聚变或核裂变反应堆中用作冷却剂;

溴化锂是一种高效水蒸气吸收剂和空气湿度调节剂,被广泛用于空调、除湿、制冷和空气净化系统;

锂盐肥料可以防治西红柿腐烂和小麦锈穗病;在铝电解槽中添加锂盐,能够提高融盐流动性,降低电解度,节约电能效果显著;

正丁基锂还用作合成苯乙烯、丁二烯醇的引发剂,广泛应用于耐高温和低温的橡胶密封材料和橡胶轮胎,其中橡胶轮胎加入丁基锂可使其寿命提高4倍以上。

来源:科普中国综合科技日报