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“常溫超導(dǎo)體”究竟是啥?若實現(xiàn)世界會發(fā)生什么改變

2023-08-07 10:11 作者:小元宇宙  | 我要投稿

連日來,“室溫超導(dǎo)”頻上熱搜。

超導(dǎo)體與普通導(dǎo)電材料不同, 具備“零電阻”和“完全抗磁性”兩個特性。

其中,“零電阻”是指電阻為0,當(dāng)電流通過它,無論超導(dǎo)材料有多長,都不會在超導(dǎo)材料內(nèi)發(fā)生任何損耗,應(yīng)用潛力非常可觀。


“完全抗磁性”是指,將超導(dǎo)體置于磁場之中,磁力線卻無法穿過超導(dǎo)體,超導(dǎo)體內(nèi)部磁場依然為零——這是物理學(xué)中著名的“邁斯納效應(yīng)”。


從1911年人類歷史上第一次發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體,這百余年間人們不斷發(fā)現(xiàn)新的超導(dǎo)材料,但實現(xiàn)的條件一直都極端苛刻:低溫和高壓,也就是攝氏零下100度低溫,以及高于大氣壓力10萬倍的極端高壓,這也意味著實現(xiàn)超導(dǎo)的環(huán)境成本非常高。


所以,大神們一直想打破這個“結(jié)界”,常溫常壓下實現(xiàn)超導(dǎo),這將讓我們的生活發(fā)生翻天覆地的變化。



首先,常溫超導(dǎo)將帶來能源革命。原本電力的傳輸會產(chǎn)生消耗,且隨著距離的增加,消耗會越大。目前,電力運輸耗損一般為6%-7%,遠距離輸電則耗損更大。而常溫超導(dǎo)零電阻的特性,或?qū)崿F(xiàn)超長距離無損耗輸電,產(chǎn)能和利用效率將會大大提升。


無耗損的電力傳輸和高效的能源存儲將對普通百姓生活產(chǎn)生很大影響,比如降低電費,新能源汽車實現(xiàn)充電5分鐘行駛2000公里,磁懸浮列車或成為日常,未來將直接改變?nèi)藗兊慕煌ǚ绞健?/p>


此外,更可能影響國際格局。畢竟,現(xiàn)在國際政治博弈中其實主要有兩大重點:第一,能源;第二,能源的運輸。如果超導(dǎo)能夠較小成本地解決能源無損運輸,甚至可以考慮在撒哈拉沙漠這種無人區(qū),全都鋪上太陽能板,然后把電再無損地送到全球各地,沖突和博弈的格局必將發(fā)生變化。


其次,常溫超導(dǎo)促進工業(yè)科技的升級換代。例如,為制造運行速度更快的計算機、超靈敏傳感器等奠定基礎(chǔ)。目前,計算器與消費電子的技術(shù)與材料創(chuàng)新,都是為了要實現(xiàn)高速計算、高頻高速傳輸、小型化等要求,而超導(dǎo) 特性將會顛覆既有的產(chǎn)品設(shè)計與材料、技術(shù),如:不再需要散熱系統(tǒng)、光纖/高端CCL(銅箔基板)被取代、先進制程門檻降低等,讓即便是小如iPhone的移動裝置,都能擁有與量子計算機匹敵的運算能力,能量利用的效率直接上天了??梢哉f,算力的瓶頸將被突破,人工智能和數(shù)字技術(shù)將迎來爆發(fā)式發(fā)展。



世界上還有很多東西需要用到磁。比如核磁共振儀,也就是MRI。MRI需要用到超導(dǎo)磁鐵。而目前的技術(shù)下,超導(dǎo)磁鐵需要保持很低的溫度,需要消耗大量液氮來冷卻,這也是核磁共振檢查費用比較高的其中一個原因。如果超導(dǎo)實現(xiàn)了,核磁技術(shù)也將迎來變化。


在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈,超導(dǎo)現(xiàn)象的應(yīng)用落地也將是一大福音。因為目前半導(dǎo)體制程需要大量能量,如臺積電、三星的先進晶圓制程需要消耗電力,預(yù)計2025年臺積電用電量將占中國臺灣整體的12%,若超導(dǎo)體的技術(shù)可行,將大大降低晶圓廠的能源消耗。


再者,超導(dǎo)將推進可控核聚變的研究。目前,可控核聚變還很難實現(xiàn),科學(xué)家研究的方向,主要就是在核聚變的周圍,用巨大的磁場,約束住爆炸產(chǎn)生的各種高能粒子,然后緩慢釋放,這樣就能做到加以利用。我國在合肥建設(shè)的全球首個全超導(dǎo)托卡馬克東方超環(huán)(EAST)裝置就是利用這樣的原理,但裝置外面的超導(dǎo)體卻需要維持在零下200度等極端條件,這讓相關(guān)裝置成本極高。如果常溫超導(dǎo)成功了,必將非常有效地推動可控核聚變的發(fā)展。


所以,在韓國團隊宣布首次實現(xiàn)“室溫超導(dǎo)”后,自然引起了全球關(guān)注。不過,目前該團隊表示已撤回論文,稱研究團隊并未準(zhǔn)備好發(fā)表論文,只是團隊中的一名成員在未征得其他作者同意的情況下,就擅自發(fā)布了論文。


雖然韓國團隊撤回論文,但根據(jù)他們此前發(fā)表論文進行復(fù)現(xiàn)實驗的科研團隊及個人卻層出不窮。截至目前,已有相關(guān)團隊表示“復(fù)現(xiàn)”或者理論上了證實了韓國團隊的成果。




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