澳洲“常温超导”再次风靡全球!物理学“圣杯”将启动第四次工业革命? (合影)

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我们正在见证超导时代吗?

7月底以来,“室温超导”风暴席卷全球。韩国团队在arXiv上上传了两篇论文,声称成功合成了世界上第一个常温常压超导体——改性铅磷灰石(LK-99)的晶体结构,震惊世界。

据悉,LK-99是铅磷灰石的六方结构稍加修改,并引入少量铜,使其在127摄氏度以下具有超导性。化学式写为:

“旋转温度超导”再次风靡全球!物理学“圣杯”将开启第四次工业革命?(组图)- 1

“旋转温度超导”再次风靡全球!物理学“圣杯”将掀起第四次工业革命?(图)- 2

美国太极量子公司首席执行官Paul Lilly表示:“很高兴地宣布,我们终于获得了室温II型超导专利。”

消息传来随后,美国超导美股盘前继续上涨,涨幅一度扩大至130%。

“室温超导”再次风靡全球!物理学“圣杯”将开启第四次工业革命?(组图)- 5

未来几天,更多实验结果将会发布。来自世界各地的研究人员将共同努力,验证人类这次能否摘下室温超导的圣杯,进入一个新时代。

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超导到底是什么?

100多年前,荷兰物理学家Kamerlingh Onnes为人类打开了超导之门。 1911年,Onnes在研究中发现,当温度降至4.2K以下时,金属汞(Hg)的电阻突然降至零,而这并不是任何实验错误造成的。

“室温超导”再次风靡全球!物理学“圣杯”会开启第四次工业革命吗?(图)- 7

从此,汞成为科学家发现的第一个超导体,其超导Tc为4.2K。所谓超导Tc就是超导转变温度,即超导体从常态转变为超导态的温度。

零电阻是超导体的基本特性之一,另一个重要的基本特性是迈斯纳效应。在翁内斯做出上述发现20多年后,迈斯纳在研究和测量中发现,当材料处于超导状态时,其内部磁场为零,表现出完全的抗磁性,这也被称为迈斯纳效应。

超导性被认为是 20 世纪最伟大的发现之一。

不过,到目前为止,超导体的实际应用基本上仅限于磁悬浮等少数特定场景。原因是它通常需要冷却到极低的温度,并且需要极高的压力才能变得超导。韩国研究团队还提到,自从翁内斯发现超导以来,科学家们一直在寻找室温超导体。

因此,现代物理学的“圣杯”之一就是找到能够在室温和压力下表现出超导特性的“室温超导体”。

浙商证券在研究报告中指出,大多数超导材料的转变温度低于40K(-233℃),限制了其在能源、医疗、信息、精密测量等领域的应用等广泛应用;迄今为止,仅发现了两种非常规超导材料体系:氧化铜超导体和氧化镍超导体,其转变温度在液氮温度区域达到77K(-196℃)。

韩国科研团队公布的超导材料系统在“室温常压”(转变温度约400K(127°C))下表现出超导性。超导领域的革命性进展。

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“常温常压超导”为何启发世人?

事实上,室温超导及相关“研究成果”并不是第一次出现。早在2018年,两位印度科学家就宣布金银纳米粒子的混合物在13℃下表现出超导特性。但该研究在2019年5月各方发布修正案后告吹。

今年3月,美国罗切斯特大学迪亚斯团队声称发现了室温超导性,但最终未能实现。不久后遭到多个实验团队的质疑,文章也在质疑声中被撤回。 “室温超导”再次风靡全球!物理学“圣杯”会开启第四次工业革命吗?(图) - 9

为什么人类如此渴望室温超导?

先说一下意义。有分析认为,“如果有人能突破室温常压超导并最终实现商业化利用,其巨大价值很可能开启第四次工业革命。” ——能源利用效率大幅增长,无需开采化石能源,环境得到保护,人工智能快速发展……“超导”可以保证特定温度下的零电阻,具有零电阻、完全抗磁性等特性,可广泛应用于储能、磁浮列车、电力传输、核磁共振等领域。邮电证券指出,常温超导意味着可以实现超长距离无损电力传输,这将引发全球电力网络新一轮的基建狂潮。此外,超导磁体、超导电缆、超导磁浮列车等各个方面都会有突破。以磁浮列车为例,日本的低温超导磁浮技术采用超导材料制作超导线圈,并在车厢上安装冰箱,保证超导线圈能够处于低温超导状态。当电流通过导体时,导体不会发热,电流几乎没有损失,并且通电产生的磁力可以使列车保持漂浮并前进。然而,超导所需的超低温成为相关技术普及的痛点。

一开始,超导体需要接近零的低温,通常用液氦来实现,每公斤的成本在一两百元;液氮温度区的超导体)用液氮就可以实现,每公斤4元,成本与矿泉水差不多。

如果常温常压超导材料取得突破,无疑将带来能源、交通、计算、医学检测等诸多领域的变革。浙商证券指出:

更高效的能源传输、转换和存储:超导材料利用零电阻的特性,可以无损耗地传输电力,大大提高了能源传输的效率、稳定性和可靠性;< /p>

更高速的交通:超导材料带来电力传输效率的提升以及磁浮列车成本降低的可能,将直接影响高速交通的转型;

< p>更快的信息处理速度:超导材料具有高度的量子特性,可用于构建量子计算机,运算速度远远快于现有计算机,或将给信息处理领域带来巨大变革;

更先进的治疗手段:超导材料在医疗领域有着广泛的应用,如MRI、超导线圈等,常温常压下超导材料的出现将为小型化、便携化提供可能医疗设备,促进医疗技术的发展。

东吴证券认为,实验结果从实验室到商业应用还需要一定的时间。因此,即使室温超导材料得到验证,室温超导的商业化时间仍不清楚。 :

低温超导现象在20世纪10年代被发现,直到20世纪80年代才在医学核磁共振领域成熟应用;而高温超导材料则在20世纪80年代末被发现,由于材料制备工艺复杂,直到花了35年才进入市场应用。

现阶段,室温超导材料的制备成本较高,批量加工技术尚未形成,使用稳定性仍需大量验证。因此,即使验证了室温超导材料,室温超导的商业化时间仍不清楚。目前行业内能够实现大规模商业化的超导技术仍以低温超导和高温超导为主。


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