室溫超導(dǎo)，聽(tīng)上去很美

科普時(shí)報(bào)記者 史 詩(shī)

如一顆石子拋進(jìn)一泓平靜無(wú)波的池水，“室溫超導(dǎo)”這個(gè)近期科學(xué)界最大的新聞一出，便引發(fā)廣泛熱議。其爆炸性在于“室溫”，美國(guó)羅切斯特大學(xué)蘭加·迪亞斯研究團(tuán)隊(duì)聲稱(chēng)發(fā)現(xiàn)了一種镥、氮、氫化物，可在約20.6℃的溫度和1萬(wàn)個(gè)大氣壓下表現(xiàn)出超導(dǎo)性。

【資料圖】

有不少專(zhuān)家對(duì)迪亞斯團(tuán)隊(duì)的研究持懷疑和觀望態(tài)度，這一成果能否得到認(rèn)可，還有待驗(yàn)證。如果能發(fā)現(xiàn)近常壓室溫的超導(dǎo)材料，那意味著什么？

“意味著科學(xué)家們追逐百余年的夢(mèng)想，終于實(shí)現(xiàn)了！”中國(guó)科學(xué)院物理研究所、超導(dǎo)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員羅會(huì)仟說(shuō)，未來(lái)似乎一切可期，但是單獨(dú)就論文中描述的發(fā)現(xiàn)內(nèi)容來(lái)看，近常壓（1萬(wàn)個(gè)大氣壓）其實(shí)離我們熟悉的常壓（1個(gè)大氣壓）還很遙遠(yuǎn)，面對(duì)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需達(dá)到噸量級(jí)的產(chǎn)量，更是一條無(wú)法逾越的鴻溝。

超導(dǎo)是什么

顧名思義，超導(dǎo)就是超級(jí)導(dǎo)電。超導(dǎo)體的電阻為零，意味著電子在材料里“跑”的時(shí)候沒(méi)有阻礙。

“絕對(duì)的零電阻，是超導(dǎo)的‘神奇’所在?！绷_會(huì)仟告訴記者，超導(dǎo)體還有抵御外磁場(chǎng)侵入的能力，以至于在進(jìn)入完全的超導(dǎo)狀態(tài)以后，可以100%排出磁通線。也就是說(shuō)，當(dāng)有磁體靠近超導(dǎo)體時(shí)，便會(huì)受到很強(qiáng)的斥力。這樣一來(lái)，人類(lèi)或?qū)⒂瓉?lái)極低成本的電磁相關(guān)的科技應(yīng)用，能源也不再和危機(jī)劃等號(hào)。

所以，超導(dǎo)研究很重要。歷史上有10位物理學(xué)家因?yàn)檠芯砍瑢?dǎo)拿了諾貝爾獎(jiǎng)。荷蘭物理學(xué)家卡默林·昂尼斯發(fā)現(xiàn)了一種金屬材料，它的電阻不斷隨著溫度的下降而下降，直到4.2開(kāi)爾文左右時(shí)，電阻突然消失。這就是科學(xué)家找到的第一個(gè)超導(dǎo)材料：金屬汞，也就是體溫計(jì)里常用的水銀。

為什么要追求室溫超導(dǎo)

科學(xué)家為什么熱衷于研究超導(dǎo)？超導(dǎo)材料到底有什么用？“如果超導(dǎo)材料能實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，生活中一切用到電和磁的地方都可以用到超導(dǎo)體?！绷_會(huì)仟舉例說(shuō)，比如輸電，為了減少輸電的損耗，只能加幾千伏上萬(wàn)伏的電壓，即使這樣還是會(huì)有大約15%的損耗。如果用超導(dǎo)，就不會(huì)存在能量衰減?！安灰】催@15%的損耗，這意味著人類(lèi)在使用地球能源上，可以多用一二百年?！?/p>

在現(xiàn)有條件下，超導(dǎo)態(tài)目前只能在低溫或非常高的壓力下實(shí)現(xiàn)，成本較高且應(yīng)用場(chǎng)景非常有限，這也激發(fā)了科學(xué)家尋找更高溫度超導(dǎo)體的熱情。

目前已知的超導(dǎo)，必須要在超級(jí)低的溫度下才能實(shí)現(xiàn)。就算是所謂的高溫超導(dǎo)材料，這個(gè)“高”也只是高到-100℃左右，還得借助沸點(diǎn)為-196℃的液氮。

“從應(yīng)用角度考慮，只有提高了它的臨界溫度，我們才可以不依賴(lài)那些低溫設(shè)備，應(yīng)用超導(dǎo)材料的成本才會(huì)大大降低?！绷_會(huì)仟解釋。

從研究到應(yīng)用還有漫長(zhǎng)的路

日常生活中，我們已經(jīng)“不知不覺(jué)”用上了一些超導(dǎo)材料的產(chǎn)品?！搬t(yī)院做核磁共振的設(shè)備就是一個(gè)大超導(dǎo)線圈。醫(yī)生可能會(huì)問(wèn)你，要做磁場(chǎng)為1.5特斯拉還是3特斯拉的檢查？磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，核磁共振成像能看的東西就越清楚。”羅會(huì)仟透露，現(xiàn)在科學(xué)家們正在攻關(guān)14特斯拉的核磁共振設(shè)備，如果實(shí)現(xiàn)的話(huà)，可以讓核磁共振圖像達(dá)到亞微米分辨率。在這個(gè)尺度上，能看清楚人類(lèi)大腦神經(jīng)元。

羅會(huì)仟還談到，超導(dǎo)材料在可控核聚變領(lǐng)域的應(yīng)用也頗具價(jià)值。“如果有非常大的超導(dǎo)磁體來(lái)約束核聚變，那將是一件造福全人類(lèi)的事——能夠真正實(shí)現(xiàn)清潔、低損耗、高性能的發(fā)電，從而改變能源結(jié)構(gòu)?！?/p>

當(dāng)夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，到底有沒(méi)有可能實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)？羅會(huì)仟直言，即使這項(xiàng)研究被證實(shí)是可重復(fù)的，應(yīng)用也沒(méi)有那么簡(jiǎn)單，會(huì)有很長(zhǎng)的路要走，甚至有可能走不通?！俺瑢?dǎo)材料的應(yīng)用非常復(fù)雜，臨界溫度、臨界磁場(chǎng)和臨界電流密度都很重要，三個(gè)參數(shù)都要高，才能具備大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)。即使有了常壓室溫超導(dǎo)體，我們還希望它是一個(gè)類(lèi)似具有金屬延展性和韌性的材料。”

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