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新時(shí)代煉金術(shù)來了?室溫超導(dǎo)真的能點(diǎn)石成金嗎?

2023-08-04 08:05 作者:江瀚視野  | 我要投稿

在黑暗的中世紀(jì),有一個(gè)職業(yè)堪稱玄學(xué),這就是煉金術(shù)師在中國國內(nèi)或稱為煉丹師,然而就在最近一則消息引發(fā)了整個(gè)市場的熱議,這就是韓國科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)材料,引發(fā)了市場的熱議,室溫超導(dǎo)如果是真的到底會帶來哪些改變?


一、室溫超導(dǎo),新時(shí)代煉金術(shù)來了?

據(jù)界面新聞的報(bào)道,韓國研究團(tuán)隊(duì)近期發(fā)表的常溫常壓超導(dǎo)體“LK-99”研究成果,近日引爆全球,其影響力甚至超越學(xué)術(shù)界,成為不少網(wǎng)友討論的話題。而日前,美國國家實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過計(jì)算機(jī)仿真后,證實(shí)“LK-99理論上存在超導(dǎo)性”,這又讓外界感到振奮。但關(guān)于“LK-99”成果能否成功復(fù)現(xiàn),仍存懸念,科學(xué)家目前還在努力實(shí)驗(yàn)中。

所謂超導(dǎo),是指電流通過時(shí)沒有因?yàn)槭艿饺魏巫枇Χ鴮?dǎo)致?lián)p失,導(dǎo)體的電阻為零。超導(dǎo)體是一種能在完全無電阻下傳遞電流的材料,因?yàn)榱汶娮?,就可以在不過熱或耗費(fèi)大量能源情況下,創(chuàng)造超強(qiáng)磁場。

超導(dǎo)現(xiàn)象通常在極低溫或極高壓環(huán)境狀態(tài)下出現(xiàn),是一種普遍存在的特性,并不限于特定的元素或材料類型。目前所發(fā)現(xiàn)的各種具有超導(dǎo)電性的物質(zhì),其中包括金屬單質(zhì)、含金屬化合物、非金屬單質(zhì)、非金屬化合物……許多物質(zhì)在普通條件下就是完全絕緣的陶瓷,只有在極特殊的環(huán)境下才展現(xiàn)出超導(dǎo)特性。

在過去,要實(shí)現(xiàn)材料的超導(dǎo)性,僅是環(huán)境維持成本就非常高,所以這次“LK-99”材料的常溫常壓超導(dǎo)性才會如此引發(fā)關(guān)注。現(xiàn)實(shí)生活中普遍存在的普通導(dǎo)體,如銅、鐵等金屬材料,當(dāng)電流通過時(shí),由于電阻的存在,電子會在穿行的過程中與原子碰撞,最終就會出現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象,引發(fā)了市場的應(yīng)用問題。


二、室溫超導(dǎo)真的能點(diǎn)石成金嗎?

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人類對于超導(dǎo)的研究也在不斷深入。超導(dǎo)是一種特殊的物理現(xiàn)象,指的是在一定條件下,物質(zhì)的電阻會降為零。超導(dǎo)材料的應(yīng)用可以極大地改善現(xiàn)有的能源、交通、醫(yī)療、信息等領(lǐng)域,因此被譽(yù)為新時(shí)代的煉金術(shù),如今常溫超導(dǎo)的消息出現(xiàn),讓人不禁想問真的有可能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)石成金的情況嗎?

首先,常溫超導(dǎo)所對應(yīng)的就是低溫高壓超導(dǎo),目前要實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)都需要非??量痰耐獠凯h(huán)境,這也就導(dǎo)致了超導(dǎo)的成本很高,難以得到有效的普及。從目前市場來說,要實(shí)現(xiàn)超導(dǎo),需要將材料置于極低的溫度和極高的壓強(qiáng)下。這種條件不僅對材料本身的要求極高,而且對實(shí)驗(yàn)設(shè)備和環(huán)境也提出了巨大的挑戰(zhàn)。目前,世界上最先進(jìn)的高溫超導(dǎo)材料需要在液氮冷卻下的零下兩百多攝氏度才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。這種極端的環(huán)境不僅給實(shí)驗(yàn)帶來了極大的困難,而且也使得超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用受到了很大的限制。舉個(gè)最簡單的例子,醫(yī)院的核磁共振儀器每次開機(jī)就不能輕易關(guān)機(jī),因?yàn)殚_關(guān)機(jī)一次所需要的液氮成本都是巨大的,這就是低溫高壓超導(dǎo)的難點(diǎn)。


其次,如果常溫超導(dǎo)可以實(shí)現(xiàn)的話,就有可能徹底改變市場,其中在能源、交通、醫(yī)療、信息技術(shù)等領(lǐng)域都會有快速的應(yīng)用,具體來說:

一是徹底變革能源產(chǎn)業(yè)。超導(dǎo)技術(shù)可以極大地提高電力輸送的效率,降低能源損耗。如果實(shí)現(xiàn)常溫超導(dǎo),將徹底改變現(xiàn)有能源產(chǎn)業(yè)的格局,推動(dòng)清潔能源的發(fā)展。例如,利用超導(dǎo)電纜傳輸電能,可以大大降低輸電過程中的能量損失,提高電能利用率。此外,超導(dǎo)技術(shù)還可以應(yīng)用于核聚變反應(yīng)堆等新能源設(shè)施,為人類提供更加可持續(xù)的能源解決方案。

二是有效優(yōu)化交通出行的方式。交通工具的動(dòng)力來源主要是燃油發(fā)動(dòng)機(jī),其效率低下、污染嚴(yán)重。如果能利用超導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效、低能耗的動(dòng)力系統(tǒng),將對交通出行產(chǎn)生革命性的影響。例如,利用超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)替代傳統(tǒng)輪軌交通,可以大幅提高運(yùn)輸速度和效率,減少能源消耗和環(huán)境污染。

三是積極推動(dòng)醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。醫(yī)療設(shè)備中的電機(jī)、電磁閥等部件需要大量的電能驅(qū)動(dòng)。常溫超導(dǎo)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)將使得這些設(shè)備的能耗大大降低,為醫(yī)療領(lǐng)域帶來巨大的便利。例如,利用超導(dǎo)磁共振成像(MRI)設(shè)備可以獲得更為清晰的醫(yī)學(xué)圖像,提高診斷準(zhǔn)確率;利用超導(dǎo)心律失常消融器可以更精確地消除心臟疾病。

四是改變計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)的核心是微處理器,而微處理器的運(yùn)行離不開電能。常溫超導(dǎo)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)將使得計(jì)算機(jī)的性能得到極大提升,為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來新的機(jī)遇。例如,利用超導(dǎo)內(nèi)存器件可以實(shí)現(xiàn)更高速度、更低耗能的數(shù)據(jù)存儲和傳輸;利用超導(dǎo)晶體管可以實(shí)現(xiàn)更高速度、更低功耗的計(jì)算能力。最簡單的應(yīng)用就是喜歡玩游戲的朋友,再也不用擔(dān)心計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過程中過熱的現(xiàn)象了。


第三,然而,要實(shí)現(xiàn)常溫超導(dǎo)仍然存在一些困難和挑戰(zhàn)。首先是技術(shù)難題。目前,LK-99雖然看上去很美,但是能否真正實(shí)現(xiàn)也是難題。其次是商業(yè)化應(yīng)用和成本問題。常溫超導(dǎo)的商業(yè)化應(yīng)用不僅需要解決技術(shù)問題,還需要考慮成本問題。降低超導(dǎo)材料的制備成本和設(shè)備的投資成本,提高商業(yè)化的可行性和可持續(xù)性。

因此,常溫超導(dǎo)雖然看上去很美,但是能否真正實(shí)現(xiàn)依然是一個(gè)未知數(shù),我們目前不放還是看看科學(xué)界能否真正把常溫超導(dǎo)探索出來,不過一旦成真,其價(jià)值已經(jīng)不是點(diǎn)石成金那么簡單了。


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