室温超导爆红真相:再现、质疑和突破
在《阿凡达》中有一种“Unobtanium“室温超导矿石可以让高山漂浮在空中。这也是很多从事超导探索的科学家的终极梦想,找到可产品化的室温超导材料。
十多天前,韩国研究小组等人员声称是一种铜夹杂铅磷灰石材料。LK-具有室温超导性能的99"。当前,中美俄等多个研究小组正试图验证其实验结论。
8月1日,“华中科技大学宣布磁悬浮成功复现”LK-99”晶体。与韩国量子能源研究中心获得的样品磁悬浮相比,晶体浮动角度更大。
同日,a股市场超导概念股永鼎股份、百利电气涨停;美股超导收盘60%。在过去的五个交易日里,该股累计上涨了约130%。目前股价已经接近三年的高点。
- 来源:东方财富-
米磊认为,超导是能源领域的半导体信息领域。在过去的60年里,信息革命依赖于半导体材料的突破,而在未来的60年里,能源革命依赖于超导材料的突破。
小餐桌首次邀请了上海交通大学教授、次曦科技创始人、国家能源智能电网R&D中心副主任、上海高温超导材料与系统工程研究中心主任金之节,分享了超导材料的发展历程和未来景象。
“金之俭指出”LK-“99”之所以备受关注,是因为它的制备工艺相对简单,可以在室温和常压下实现超导。然而,韩国的常温超导试验显示了超导体的漂浮现象,但超导试验不够严谨,需要进一步验证。
中科创星作为次曦科技种子轮的领先投资者,从2022年开始布局超导领域,其创始合作伙伴米磊也指出,室温超导仍处于实验室阶段,尚未得到充分验证。之所以没有取得突破,是因为材料体系复杂,国内跑道才刚刚起步。
首先,超导材料从0到1。
为了理解这个发现的重要性,金之俭教授整理并回顾了超导的发展历程。
超导是指设备在低温下电阻突然变为零的现象。
一九一一年二月,荷兰科学家昂纳斯将汞Hg的温度降至4.2K以下,即接近绝对零度(-273.15℃),汞的电阻突然消失,显示出超导状态。1913年,昂纳斯还因超导体的发现而获得诺贝尔物理学奖。
自从昂里斯发现汞的超导特征后,科学家们几乎把元素周期表中的所有金属都翻了一遍,寻找可能的超导元素。有成千上万种具有超导特性的材料,但真正能实用的超导材料并不超过十种。超导材料的实用性不仅取决于临界压力、临界电流强度和临界磁场,还取决于该材料的机械特性、制备难度和成本。
科学家们发现,许多金属化合物也是超导材料,但超导材料的临界压力仍然无法超过30K。似乎有一个看不见的天花板,叫做麦克米兰极限。
超导材料是国际核聚变试验堆项目ITER计划,真正应用于工业化和大规模应用。中国加入ITER计划后,完成了低温超导导线的独立制备,孕育了科技创新板的明星企业——西部超导。低温超导材料由ITER项目驱动,已形成磁共振加速器等大型产业,是低温超导材料的产物。
经过多年的探索,麦克米兰的极限并没有被突破,科学家们不得不找到另一种方法来寻找新的超导材料。瑞士IBM企业工程师柏诺慈和缪勒研究了金属氧化物过渡的导电性,并在一堆绝缘陶瓷材料中寻找超导体。经过多年的努力,他们终于发现钡铜氧化物系统可能具有超导电性,并找到了明确的零电子效应,突破了麦克米兰极限。
一九八七年二月,我国赵忠贤院士和美国科学家朱经武几乎同时发现?(YBCO)转换温度92.8K,超导材料,液氮温区由此产生。
目前YBCO高温超导带材料的制备技术仍在大规模生产,约90%的成分是铜和不锈钢基带,原材料成本不高。超导带材料的成本主要取决于性能水平、成品率和量产水平,未来成本下降空间巨大。
这类超导材料在很多领域都有广泛的应用,比如磁悬浮列车,MRI、核聚变等一下。但是因为目前超导材料只能在极低的温度下达到这种电荷,所以在实际应用中受到限制。
二是复现和质疑室温传导的声音。
韩国室温超导的实验也引起了很多质疑,研究团队成员表示,论文有缺陷,该团队的一名成员私下发表。目前,该团队已要求将论文下架。
在华中科技大学宣布复制成功的同时,团队成员表示,虽然晶体具有抗磁性,但相对较差,没有所谓的“零阻”,整体表现就像半导体曲线。如果有超导相,也是微量超导杂质,无法形成连续的超导通道。
- 图片中的黑点部分就是复现。LK-99晶体”-
根据北京航空航天大学材料科学与工程学校教授刘知琪在arXiv上提交的论文,他们根据韩国团队公布的方法生成了LK-99,但没有发现它是超导性的。
根据数据,金之俭指出,目前韩国“LK-“99”晶体不能确定它是一种完整的超导材料。一方面,确定材料需要做大量的验证工作,目前应该还没有完全确定。另一方面,即使材料超导,也不能立即使用。
上海市超导材料及系统工程研究中心主任、超导应用研究专家洪智勇表示,从韩国团队发表的论文来看,其检测方法与目前的超导材料验证测试不同,测试方法和信息的显示形式过于粗糙,难以证明材料是否真的具有超导特性。
实际上,超导材料需要具备两个特点:零电阻效应和迈斯纳效应。迈斯纳效应是指当超导体从一般状态变为超导态时,对磁场的抵抗,或称为抗磁性。韩国目前“LK-“99”晶体的超导特性尚未得到严格的呈现和验证。
第三,如果实现室温超导会发生什么?
若此次常温超导材料成功,将对能源、交通、医疗、军工等诸多领域产生深远影响。所有与电相关的产品都将迎来变革。一旦发电端实现可控核聚变,能源问题将得到彻底解决;在输电端,超导电缆将取代特高压输电;在电源端,功率密度更高、节能的电机将得到广泛应用;磁悬浮列车将很受欢迎;在医疗领域,磁共振将更加敏感和普及。想像还有很多空间,科幻小说中的很多场景都能呈现出来。
一些投资者表示,今年室温传导的研究成果频繁发生,这与产业资源的倾斜有关。韩国实验的成功并非偶然。米磊还指出,海外跑道已经变热,但国内跑道才刚刚起步,目标稀缺。未来五年,室温超导的实验室进展可以持续关注。
发现室温超导材料只是第一步。金之俭觉得发现室温超导材料是一个很大的突破,但是找到大规模实用的室温超导材料还有很长的路要走。
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