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东说念主类自古以来，就在不时地尝试了解大天然的奥妙：炙热的火焰不错灼烧食品、乌云打雷之后就会落下雨滴、天冷变温就需要穿加厚的衣物。东说念主们在不雅察过这些真义的骄气之后，通过实验和推导得出了繁密的表面定律来解说这些逻辑关系，最终演化出了一门新的学科，物理学。

咱们今天日常生计所用到中的一切，不管是电脑、手机、网罗、如故电力系统齐离不开物理学的发展和应用。

在许多科幻电影中，东说念主类也对改日的物理学伸开了无限的幻想，比如在电影《阿凡达》中，摇荡着漫天岛屿的潘多拉星球，而这一幕则是因为一种名为“U矿”的矿石资源。

这个“U矿”，便代表了在物理学界被称作“圣杯”的一种物资，亦然咱们本期节方针主题：室温超导材料。

1、电阻的产生

群众齐知说念，咱们生计中的总计物资材料齐是由原子构成的，原子的结构是原子核和核外电子。电子围绕原子核在不竭地作念无步骤畅通，而它在畅通时受到的阻碍即是电阻，基本上总计的物资齐有电阻。

咱们笔据电阻大小，不错把他们分为导体、绝缘体、半导体。导体的电阻最小，无为是金属元素，比如金、银、铜、铝等；绝缘体的电阻最大，无为曲直金属元素，比如陶瓷、塑料、橡胶；半导体介于导体和绝缘体之间，常见的有硅、锗等。

那么电阻是奈何产生的呢？

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咱们以常见的金、银、铜、铝这些金属导体为例，它们的里面有带正电的晶格，晶格的结构很深远，只可在均衡位置隔壁作念小范畴的畅通。但金属里面的解放电子，它们是不错磨蹭迁徙的。

当咱们给导体加多了电压之后，电子便会顺着高电压朝着低电压场地产生迁徙，在这个流程中就形成了电流。

解放电子在迁徙的流程中，有可能会撞在晶格上头，这样一来它们就会把一部分能量传递给晶格，晶格因此会产生回荡，并在回荡的流程中把能量变成热量，这即是电阻损耗能量的流程。

是以平淡的一个导体，之是以会损耗能量产生电阻，即是因为电子撞了晶格，在这个流程中耗损了能量，让导体的温度升高。

随后科学家在实验的时候发现，不管任何导体，要是出现了降温的情况，那么导体产生的电阻就会减小。这是因为在降温的时候，金属晶格的回荡会变缓，电子与晶格的碰撞会减少，能量耗损的就会少，是以电阻也会减小。

那么把温度下落到很低的情况下，电阻会有什么变化呢？

早期的物理学家并不成惩处这个问题，因为莫得实验要求，只可依靠商酌。

2、超导体的发现

直到1911年，荷兰物理学家昂尼斯液化了氦气，得到了一个4.2开尔文度的温度，相配于零下269摄氏度。这个温度还是相配接近十足零度，零下273.15摄氏度。于是昂尼斯用这个温度去进行实验处理了汞，也即是水银。

为什么找这个材料呢？

因为汞在常温下是液态金属，即是一个着实莫得杂质和颓势的圆善导体。

昂尼斯在测量汞电阻的时候发现，当温度在4.2K以上，还有0.1Ω的电阻，然则温度一朝低于4.2K，电阻就着实测不到了，就好像蓦地之间消亡了一样。

昂尼斯赓续进行了实验，他把实验得到的材料制作成了一个金属环，然后给金属环上附加了电流。要是金属环有电阻，那么电流就会有损耗；然则要是金属环莫得电阻，那么电流就会一直执续下去。驱散测量了几十年，金属环上的电流一直莫得消亡。

临了昂尼斯的团队给出的论断是，即使金属环上存在电阻，那么电阻率也仅仅铜的一百亿分之一，在上头通1安培的电流，那么想要让它损耗完，需要一千亿年。

而在1913年，昂尼斯又发现了锡和铅折柳在3.8K、6K的环境下，相通出现了电阻蓦地降为零的骄气。

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于是东说念主们说明了果然存在这样一种物资气象：在温度降到了一定温度以下的时候，电阻不错无限接近于零，让导体不错超等导电、便就把这种气象定名为超导体，而这个让电阻消亡的温度，即是导体的临界温度。

昂尼斯因为这一系列的盘考，被授予了1913年的诺贝尔物理学奖。

超导体它为什么这样攻击呢？咱们知说念通例导体在使用的流程中会产生电阻，要是是长距离传输，电力损耗以致会达到50%，而要是不错使用着实莫得电阻的超导材料来传输电流，就不错从简许多老本和损耗，这对总计这个词东说念主类社会来说齐是很大的变化，是以科学家一直在针对超导材料进行各式盘考。

咱们无为说电磁不分家，有电场的地方一定会有磁场。在1933年，德国物理学家瓦尔特·迈斯纳和罗伯特·奥克森菲尔德在对超导体锡单晶作念磁场测量时，发现当温度缩短到临界温度，在材料电阻消亡的同期，磁感应线将不成通过超导体，会被全部排出，于是他们便把这种超导体的抗磁性骄气称为“迈斯纳效应”。

而零电阻和完全抗磁性便成为了超导体的两个攻击特质。

然则这个时候的超导体齐是在温度极低的环境下被发现的，是以其后的科学家们，也在不时去尝试去寻找一些，不错在高温下使用的新超导体。

天然这里的“高温”是相对于十足零度而言的，比如像咱们之前提到的液氦，温度是4.2K，相配于零下269℃，要已毕这个是相比贫瘠的。

3、也曾发现的超导

尔其后科学家们也照实又陆陆续续发现了许多的超导体。

比如在1973年，发现的超导材料，铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，零下250℃，这一记载保执了近13年。

1986年，好意思国贝尔实验室盘考的超导材料，临界超导温度达到40K，遏抑了液氢的温度壁垒。

1987年，台湾科学家吴茂昆、朱经武团队发现了钇钡铜氧，它的临界温度是77K，相配于零下196℃，亦然首个超导温度在77K以上的材料，遏抑了液氮的温度壁垒。

液氮的制酿老本相对液氦来说，要低廉相配多，于是实验老本一下就降下来了，这就愈加激发了对新式高温超导材料的盘考上升。

2015年，德国普朗克盘考所发现在150吉帕斯卡的环境中，硫化氢在203K，零下70度时就出现了超导气象，创下了新的超导温度记载，并发表在《天然》期刊。

硫化氢咱们齐很闇练，因为它有臭鸡蛋气息，在天然界中也很常见，然则要已毕其他要求太尖刻了，150吉帕斯卡也即是150万个大气压的环境，还曲直常贫瘠的。

其后的科学家们也陆续发现了一些新的材料，齐不错已毕高温环境超导，然则相通是需要相配高压的环境。

比如在2018年，德国化学家发现十氢化镧，在压力170GPa、250K的环境中有超导性出现。250K是零下-23℃ ，这亦然其时已知最高温度的超导体。

是以现时的针对超导体，常用的主义即是增大压强或者缩短温度。

为什么高压环境会让物资出现超导性能呢？

这是因为高压环境减小了材料体积，同期增大了电子浓度，使材料发生了结构相变。在高压下，气体不错压缩成液体，液体进一步压缩成固体，固体再被压缩就可能退换为金属。

科学界以为这种新相的形成，极大增强了超导的某种互相作用，比如在表面上，氢元素在有余高的压力下，就会变成金属氢。因为氢原子核内容上就一个质子，一朝变成金属，原子热振动的能量曲直常弘大的，足以让电子、声子耦合下，形成高临界温度的超导体，以致是室温超导体，是以金属氢一直是超导盘考者们的期望材料之一。

然则要已毕金属氢的压力也曲直常弘大的，领先预言需要100GPa，也即是一百万个大气压，其后以为需要400 GPa以上。

2017年，好意思国哈佛大学在495 GPa的环境下得到了成为金属性反光的金属氢。不幽闲的是，他们在实验中出现了操作诞妄，让压着金属氢的金刚石对顶砧碎掉了，好壅塞易得到的金属氢因此消亡得九霄，而于今东说念主们仍难以重迭实验要求来得到如斯高压下的金属氢。

从1913年昂尼斯发现超导骄气直到今天只须110年，然则通过超导盘考径直得到诺贝尔奖的科学家还是有10位，足以看出超导对于总计这个词科学界乃至全东说念主类的攻击性。

但也正因为如斯，以致有东说念主不吝用作秀的花样，来期骗超导的盘考来给我方加多荣誉。

比如在2020年，好意思国罗彻斯特大学的物理学家兰加·迪亚斯在巨擘期刊《天然》上发表了一项我方的盘考效劳，堪称我方的团队合成了一种含碳、硫、氢的化合物，并在288K的温度环境中进展出了超导性能。

288k即是15℃，这还是是常温环境了，原本是一个胆怯科学界的发现，然则很快这项盘考就受到了行业内繁密各人的质疑，因为笔据迪亚斯的实验数据需要在10千帕，简短1万倍大气压的环境下才智已毕该项盘考，这样尖刻的要求让莫得个任何一个团队不错重现这个效劳。

随后东说念主们以致还发现，兰加·迪亚斯本东说念主屡次出现学术上的作秀行径，鉴于这些情况，《天然》期刊也在2022年撤下了兰加·迪亚斯的论文。

4、LK-99

天然兰加·迪亚斯所谓的发现是一个作秀事件，然则这却涓滴莫得影响总计这个词科学界对超导的盘考。

在本年的7月22日，韩国量子能源盘考中心、高丽大学的李石培、金智勋盘考团队，在预印本网站arXiv平台上发表了两篇论文，晓示他们得手合成出了一种名为LK-99的材料，而这种材料在常压400 K的环境中进展出了超导体的特质。

400K即是127°C，也即是说只须在127°C以下，这种材料就将不错看成超导体来看待，这样的一个盘考效劳让总计这个词科学界斯须炸锅。

天然arXiv仅仅一个疏导平台，并非严格的学术机构，然则韩国团队上传的府上信息相配全面，包括各式实验数据，视频，以及LK-99的合成制作门径，况且合成门径相配简便。

具体的操作身手是先把氧化铅和硫酸铅粉末按照1:1的比例搀和，在725°C环境中加热24小时，生成碱式硫酸铅。

然后把铜粉末和磷粉末沿途加在密封管中，在10的负三次方托的真空度下搀和，用550°C加热48小时得到磷化亚铜。

临了把还是得到的碱式硫酸铅和磷化亚铜晶体研磨成粉末，按照摩尔比1:1的比例搀和，相通置于真空度为10的负三次方托的密封管中，加热至925°C，保执温度10小时，这样就不错合成出一种改性铅磷灰石晶体，也即是掺杂了铜的铅磷灰石，这即是实验的最终制品LK-99。

之是以取名叫LK-99，是取自愿现者李石培、金智勋的教育名字首字母L、K，以及初度发现它的年份1999年。

因为LK-99制作的门径简便，着实在职何一个大学的实验室齐不错已毕，于是各大盘考机构、高校开动尝试制作，很快就得手合成出了实验样品并对它们进行了检测。

检测的名目即是超导材料的两个特质：零电阻和完全抗磁性。

比如华中科技大学的团队就也曾在实验中，不雅测到LK-99晶体的磁悬浮角度，相配于考证了它具有迈纳斯效应，也即是抗磁性，然则至于“零电阻”骄气，现时还莫得不雅测到。

北京航空航天大学盘考团队对合成的LK-99检测之后，发现它的室温电阻不为零，也莫得不雅察到它发生磁悬浮，进展出的进展出特征近似半导体，而非超导体，因此对于LK-99是否存在超导性能仍尚未盖棺定论。

鉴于LK-99的影响越来越大，韩国超导协会也对李石培、金智勋盘考团队提议要求，让他们提供样品来进行审核。

天然韩国盘考团队欢跃会提供样品，然则却莫得给出具体的时候，只说在半年之内，鉴于以上各样，韩国超导协会示意，并不撑执将LK-99现在就称为“常温常压超导体”。

是以究竟什么情况，咱们如故需要赓续不雅察跟进。

5、超导应用

咱们还是知说念了，所谓的超导体即是在某一种情况下，大略超等导电的这样一种物资，超比及完全莫得电阻时，那么不管何等远的运载、何等复杂的使用环境，它的电损耗齐是零。

在咱们今天的生计中，用到的电齐是从发电厂来的，是以发电厂和用电者之间的距离就显得相配攻击，最常见的导线材料是铜就还是有着相配惊东说念主的导电率了。然则要是有了超导体之后，不管距离何等远方，电阻齐是零，电损耗亦然零，是以就不错在最符合的地方竖立发电厂，以致连风能、太阳能这些清洁能源齐不错更好的期骗。

而除了电力运载除外，超导相通也不错被应用在电力的存储上头，比如咱们日常生计顶用到的不管是家用电器、新能源汽车、乃至手机、电脑，他们用到的电板齐带有损耗。

要是不错用超导体制成电板，那么电力将会被永久保执，不管使用多久齐不会被消亡，不错完全期骗，电力能源就此不错遏抑时候、空间的枷锁，重组出一整套的完整新系统，让东说念主类闲雅在日常的生计中完成一个质的飞跃。

天然了，这样一来那些依靠现时电力产业链赢利的东说念主，不管是出产煤炭的、作念电线的、造发电厂的，他们将会濒临总计这个词行业的改良，以致会有许多东说念主因此失去责任。

然则这即是东说念主类闲雅进化的场地，因为电力损耗减少，那么沾污就会减少，因此超导体亦然总计这个词电力系统最期望的东西，要是领有了它，那么总计这个词电力系统就圆善了。

除了电力系统，常温常压超导体还不错被用在磁悬浮列车之上，这即是期骗了它的抗磁性，现时咱们熟知的高铁，北京到上海最快的速率是350千米每小时，需要快要6个小时。

超导磁悬浮列车到底有多快呢？科学家有一个很斗胆的成见，要是把这个磁悬浮的轨说念放在真空管说念里面去，这个时候莫得空气阻力，速率至少能达到3000千米每小时以上，从北京到上海只须半个小时。

这是一种什么速率？比音速的1200千米每小时快了2倍多。

除此除外，超导体还不错用于缠绵机芯片规模，因为咱们现时的电脑芯片在在运作时会产生大齐热量，因此在设计的时候需要探究到散热功能。然则要是不错用超导体来制作芯片，超导体在使用时完全不产生热量，那么就不错磨蹭设计芯片的结构和大小，这样不管是算力如故造型上，齐将遏抑咱们现时物理宇宙对缠绵机的一些扫尾。

除了咱们上头提到的这几个应用场景，室温超导材料还可用应用的规模包括可控核聚变、核磁共振，以及被称为是下一个纪元的量子缠绵期间。

尾声

在东说念主类闲雅发展的历史上，经验了数次的工业鼎新：从18世纪60年代开启的蒸汽期间、到19世纪后半期的电气期间。再到20世纪70年代以来，以原子能、电子缠绵机生物工程等发明和应用为主要记号的科技期间。

东说念主类每一次经验过新的鼎新之后，齐会极地面莳植全社会的出产效劳，最终已毕了从传统农业社会转向当代工业社会的退换，使总计这个词东说念主类闲雅面貌发生了回山倒海的变化。

咱们现在则是处于第四次工业鼎新，它涵盖了东说念主工智能、物联网、大数据、自动化、生物期间等多个规模，强调数字期间和物理期间的和会。因此也被称为\"数字鼎新\"或\"智能鼎新\"。

而对于超导材料的盘考与开荒，毫无疑问是第四次工业鼎新的攻击课题，要是室温超导期间成为践诺，咱们的改日将会遏抑现在总计的贯通。

假想一下：咱们在在家中不错睡在一张摇荡在空中的床上，生计顶用到的总计电子居品，不再需要充电，当咱们走出房间，看到的是漫天摇荡的城市、汽车，而这一切的能源起原，全部是清洁的风能、太阳能，以致是由原料充足、性能优异、安全可靠的可控核聚变产生。这将会是一幅何等玄妙的生计画面。

天然这些看起来离咱们很远，因为不管是LK-99，如故别的室温超导期间，现时还处于盘考和开荒阶段，然则我服气所干系于超导的设计画面，改日齐将已毕，因为这是东说念主类闲雅进化的势必驱散。

心中有念，指尖有温，我是墨代王朝，咱们本期的节目就到这里，感谢群众的不雅看，让咱们下期相遇。

（全文完，谢谢不雅看，图片来自网罗）公众号：墨代王朝