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“常溫常壓”的超導體才真正值得歡呼

作者:上觀新聞

近日,據《科學新聞》報道,美國羅切斯特大學的研究團隊宣布,他們已經創造出一種在室溫和相對較低壓力條件下工作的超導體。這個人類在21攝氏度條件下實作了室溫超導的消息,令全球實體學界炸鍋了!

“常溫常壓”的超導體才真正值得歡呼

APS大會上,迪亞斯釋出了室溫超導的大發現(圖檔源自網絡)

歡呼的同時,

到底這是一次“室溫超導”的

颠覆性突破,

還是一場烏龍秀?

“如果是在常溫常壓下

把超導材料研發出來了,

那是真的可以颠覆全球了。”

上海超導科技股份有限公司

(以下簡稱“上海超導”)

總工程師朱佳敏向上海科技介紹,

“所謂的‘室溫超導’

在我們超導圈内,

并不是什麼太轟動的大新聞。

我覺得如果說

他們今天真的做到常溫常壓超導體,

大家才都應該跳起來歡呼。”

“常溫常壓”的超導體才真正值得歡呼

朱佳敏介紹,作為上海市高新技術成果轉化項目自主創新十強、上海市科技小巨人培育企業,上海超導現在所做的钇鋇銅氧高溫超導材料,是從1987年發現開始研發至今。2011年成立的上海超導,在上海市的大力推動下,經過十年多的攻關,終于實作了第二代高溫超導帶材的量産。

目前,全球具有生産二代高溫超導材料能力的企業超過16家,上海超導位列前三。

此次超導材料全球轟動的

主要引爆點在哪?

朱佳敏向我們一一拆解。

引爆點一

21攝氏度“室溫”超導

1911年,昂納斯把水銀放在液氦裡測了一下,發現神奇的超導的特性出現了。在溫度降到某一個點,材料的電阻突然變為了0。從那個節點開始,人類就開始尋找各種各樣的超導材料。直到現在,超導材料已經有成千上萬種,但是真正實用化的超導材料就那麼幾種,統稱“低溫超導”或“高溫超導”。

所謂“低溫超導”,工作在絕對零度附近的4.2K(開爾文,約合-269攝氏度),用液氦來制冷。低溫超導材料是在上世紀六十年代發展成熟的一種超導材料,制備起來相對比較容易。但由于工作的環境溫度特别低,制冷成本比較高。

所謂“高溫超導”,工作在零下196攝氏度,用液氮制冷。之是以叫“高溫”,實際上是“相對高溫”,并不是真的高溫。上海超導就屬于高溫超導在國内的龍頭企業。

長期以來,公衆覺得擁有零電阻的超導材料一直帶着一個“枷鎖”。這個枷鎖就是“低溫”。因為要實作低溫制冷,無論是貴的液氦還是便宜的液氮,在大面積應用情況下都需要一定的成本。

是以,

一旦科學家能夠把

超導材料的“低溫”枷鎖給去掉,

的确就是引爆全球的一個熱點。

引爆點二

1GPa的壓強

1GPa約等于1萬個大氣壓。

那麼所謂的1GPa到底是多少?

迪亞斯用了一個不常用的壓強機關,

而且上次是267GPa,

給大家一個直覺感受,

是以後能降的更低。

實際上1GPa約等于1萬個大氣壓,

仍然屬于高壓的範疇。

此次迪亞斯的研究成果

實際上是在高壓下尋找一個

臨界溫度更高的超導材料,

相關的工作已經開展了近10年,

将超導材料去掉了一個

“低溫的枷鎖”,

但又加了一個“高壓的枷鎖”。

在超導材料的實際應用中,

“高壓”比“低溫”更難獲得。

引爆點三

人工智能尋找的镥-氮-氫體系材料

迪亞斯用了一種

平時實驗室裡不常用的金屬元素“镥”,

并且号稱這種材料是AI做出來的。

正值ChatGPT火遍全球,

讓超導材料這個話題破圈、引爆。

引爆點四

近常壓超導應用技術的黎明已至?

事實上,1987年钇鋇銅氧高溫超導材料被發現時隻是一塊陶瓷屬性的材料,這樣的陶瓷屬性材料隻有做成柔性連續化的材料才能夠應用。經過科學界和工程界的努力,直到2011年,在上海交通大學的實驗室裡才做出了大陸第一根百米級的钇鋇銅氧高溫超導帶材。

我們也經曆了一個漫長的研發曆程,十年磨一劍。從2011年至今,期間我們花了5年時間把國産化的裝備一台台都自己造了出來,又花了5年的時間來調試摸索量産化的工藝。從一開始跟着美國人跑,我們去緊追他們,到現在我們能夠在第一梯隊并跑,未來我們還要實作領跑。

高壓常溫超導如果要實用化,也同樣需要做成柔性連續化的材料才能夠應用,同時載流能力、電磁和力學性能都是超導材料實用化的關鍵名額。是以高壓常溫超導對于應用來說還比較遙遠。

此次室溫超導的成果釋出

對超導材料制備有什麼啟示?

朱佳敏說:“比如說我們以後做的其他超導材料能不能加點壓力,或者說能不能引入一些氫元素等等,這對我們來說都是啟示。同時作為超導材料研究的一條新的路徑,對探索超導體本身的機理有很大的意義。”

“常溫常壓”的超導體才真正值得歡呼

目前量産後的高溫超導也用在了可控核聚變上,作為“人造太陽”,可控核聚變對人類的能源利用來說将是颠覆性的改變。

“期待未來真正有颠覆性的常壓室溫超導材料問世。如果說以後真正地經過科學家們的努力,把超導材料變成了一個沒有‘高壓枷鎖’,同時沒有‘低溫枷鎖’的常溫常壓超導體,我們的确要跳起來歡呼。這将是全人類的一個重大突破。”朱佳敏說。