头条室温超导,听上去很美
如一颗石子抛进一泓平静无波的池水,"室温超导"这个近期科学界最大的新闻一出,便引发广泛热议。其爆炸性在于"室温",美国罗切斯特大学兰加·迪亚斯研究团队声称发现了一种镥、氮、氢化物,可在约20.6℃的温度和1万个大气压下表现出超导性。
图源:罗切斯特大学官网
有不少专家对迪亚斯团队的研究持怀疑和观望态度,这一成果能否得到认可,还有待验证。如果能发现近常压室温的超导材料,那意味着什么?
"意味着科学家们追逐百余年的梦想,终于实现了!" 中国科学院物理研究所、超导国家重点实验室研究员罗会仟说,未来似乎一切可期,但是单独就论文中描述的发现内容来看,近常压(1万个大气压)其实离我们熟悉的常压(1个大气压)还很遥远,面对产业应用需达到吨量级的产量,更是一条无法逾越的鸿沟。
超导是什么顾名思义,超导就是超级导电。 超导体的电阻为零,意味着电子在材料里"跑"的时候没有阻碍。
"绝对的零电阻,是超导的‘神奇’所在。"罗会仟告诉记者,超导体还有抵御外磁场侵入的能力,以至于在进入完全的超导状态以后,可以100%排出磁通线。也就是说,当有磁体靠近超导体时,便会受到很强的斥力。这样一来,人类或将迎来极低成本的电磁相关的科技应用,能源也不再和危机划等号。
所以,超导研究很重要。历史上有10位物理学家因为研究超导拿了诺贝尔奖。 荷兰物理学家卡默林·昂尼斯发现了一种金属材料,它的电阻不断随着温度的下降而下降,直到4.2开尔文左右时,电阻突然消失。这就是科学家找到的第一个超导材料:金属汞,也就是体温计里常用的水银。
水银 图源:视觉中国
为什么要追求室温超导科学家为什么热衷于研究超导?超导材料到底有什么用?
"如果超导材料能实现大批量生产,生活中一切用到电和磁的地方都可以用到超导体。"罗会仟举例说,比如输电,为了减少输电的损耗,只能加几千伏上万伏的电压,即使这样还是会有大约15%的损耗。如果用超导,就不会存在能量衰减。 "不要小看这15%的损耗,这意味着人类在使用地球能源上,可以多用一二百年。 "
在现有条件下,超导态目前只能在低温或非常高的压力下实现,成本较高且应用场景非常有限,这也激发了科学家寻找更高温度超导体的热情。
目前已知的超导,必须要在超级低的温度下才能实现。 就算是所谓的高温超导材料,这个"高"也只是高到-100℃左右,还得借助沸点为-196℃的液氮。
超导 图源:视觉中国
"从应用角度考虑,只有提高了它的临界温度,我们才可以不依赖那些低温设备,应用超导材料的成本才会大大降低。"罗会仟解释。
从研究到应用
还有漫长的路日常生活中,我们已经"不知不觉"用上了一些超导材料的产品。"医院做核磁共振的设备就是一个大超导线圈。 医生可能会问你,要做磁场为1.5特斯拉还是3特斯拉的检查?磁场强度越高,核磁共振成像能看的东西就越清楚。"罗会仟透露,现在科学家们正在攻关14特斯拉的核磁共振设备,如果实现的话,可以让核磁共振图像达到亚微米分辨率。在这个尺度上,能看清楚人类大脑神经元。
罗会仟还谈到,超导材料在可控核聚变领域的应用也颇具价值。"如果有非常大的超导磁体来约束核聚变,那将是一件造福全人类的事——能够真正实现清洁、低损耗、高性能的发电,从而改变能源结构。 "
当梦想照进现实,到底有没有可能实现室温超导?罗会仟直言,即使这项研究被证实是可重复的,应用也没有那么简单,会有很长的路要走,甚至有可能走不通。 "超导材料的应用非常复杂,临界温度、临界磁场和临界电流密度都很重要,三个参数都要高,才能具备大规模应用的基础。即使有了常压室温超导体,我们还希望它是一个类似具有金属延展性和韧性的材料。"
来源:科普时报
作者:史诗
编辑:毛梦囡
审核:王飞
终审:尹传红
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