引爆科学界 诺奖预订?美研究人员称开发出室温超导材料
红星新闻
转自:成都商报
研究人员声称在新材料观察到迈斯纳效应,这是超导性的一个标志
超导
即超级导电,这一现象是指电流可以在材料中零电阻通过,且具有完全抗磁性。一般情况下,材料在较低的温度下才能进入超导状态。
室温超导
即在常温条件下实现的超导现象。按照凝聚态物理学标准,室温指300K(27摄氏度)。
你可曾想过,
存在一种能在常温下电阻为零、
完全抗磁的超级导电体?
电线两端不需要变电站进行电压控制,
城市上空没有输电线?
有不发热无阻碍的电力设备,
让超导材料在生产生活中大规模应用?
美国罗切斯特大学8日表示,该校研究人员研发出一种在室温和相对较低压力条件下表现出超导性的材料,这被认为是一项历史性突破。但这一研究成果能否得到认可,还有待于后续其他研究组的重复验证。
罗切斯特大学在其网站发文称,该校机械工程系及物理学与天文学系副教授兰加·迪亚斯率领的研究团队研发出的这种超导材料由氮、氢和镥组成,它在约20.6摄氏度的温度和10千巴(相当于标准大气压的1万倍)的压力下表现出超导性。该研究8日发表在英国《自然》杂志上。
超导体是指在特定温度下可实现电阻为零的导体,是一种比常规导体更为优越的无损耗导电材料。现有超导材料大多需要在极低温度下才能工作,这大大限制了它们的大规模应用。
罗切斯特大学介绍,该校研究人员创造了一种由99%氢气和1%氮气组成的气体混合物,将其放入装有纯镥样本的反应室中,让这些混合物在约200摄氏度的温度下反应两到三天。当混合物在金刚石压砧中被压缩时,颜色出现变化:其在超导状态开始时,颜色从蓝色变为粉红色,然后变为亮红色的非超导金属态。
研究论文称,还需要进一步的实验和模拟来确定氢和氮的确切化学计量及其各自的原子位置,以进一步了解该材料的超导状态。
迪亚斯表示,这种超导材料的研发预示着室温超导体及应用技术的曙光到来。这将使超导电子消费产品、能量传输以及磁约束聚变的改进等成为现实。
这一研究成果轰动科学界,但也有不少人持观望态度。迪亚斯团队2020年10月就曾在《自然》杂志论文中报告了一种含碳、硫、氢的化合物在15摄氏度下表现出超导性能。但2022年9月,在所有论文作者都不同意的情况下,《自然》杂志编辑部因实验数据遭质疑等原因撤掉了这篇论文。据新华社
兰加·迪亚斯:
已多次重复实验,应用仍需时日
北京时间3月9日凌晨,该研究的主要作者及论文主讲人、罗彻斯特大学机械工程系和物理与天文系助理教授兰加·迪亚斯通过邮件接受了记者专访。
记者:您的团队此次发现的这种新材料的可靠性如何?它与您的团队此前发现的一种硫和氢的化合物在超导方面有何不同?
兰加·迪亚斯:关于我们实验工作的细节现在已经可以在《自然》杂志上找到。我们对这种新材料和实现(室温)超导所需工艺感到非常兴奋。当然,要开发理论上可行的技术和应用,还需要做更多的工作。
记者:您的团队在2020年发表的一篇类似论文,称在260万个大气压下,成功创造出了临界温度约为15℃的室温超导材料,但这篇论文后来被《自然》撤稿。您对这次您的团队宣布的新材料通过审查有足够的信心吗?
兰加·迪亚斯:我们这次有信心,原因有以下几个:首先,这项工作在我们的罗彻斯特大学实验室和其他实验室都重复了好几次,并有第三方观察和独立的工作验证;其次,我们的论文已经经过了同行审议,并符合该出版物的严格标准;最后,我们还重新提交了2020年的论文供《自然》杂志再次审议,因为《自然》杂志编辑当时提出的问题对实验数据的质量或我们得出的结论没有影响。我们也对2020年当时工作和实验的质量充满信心。
记者:如果您的团队此次发现的室温超导材料最终通过了审查,那么这对全球超导行业来说意味着什么?这将如何重塑超导行业?这对全世界来说又意味着什么?
兰加·迪亚斯:这种新的室温超导材料将改变整个超导行业,这将使得一系列技术成为可能,这些技术将改变我们使用、存储和传输能源的方式,更不用说在计算、交通和医疗设备中的更多种应用了。我们认为这将是一项重塑21世纪的革命性技术。
记者:您的团队称,在约21摄氏度的温度条件下,新材料似乎失去了任何对电流的阻力。不过,实现超导仍然需要10千巴的压力,这大约是大气层压力的1万倍。但这远远低于室温超导体通常所需的数百万个大气压。那么,既然需要如此大的压强,那么您的团队所发现的这种室温超导材料能否在短期内大规模应用?在大规模的应用前,人们必须克服哪些困难?
兰加·迪亚斯:要将我们对室温超导新材料的发现应用到任何规模的现实世界中,还需要几年的艰苦工作。这些挑战本质上是技术性的,但它们都是可以被克服的。
复旦教授:
成果若证实,是诺奖级别
复旦大学物理系教授李世燕接受采访时表示,该发现还有待证实,特别是,该论文的作者此前已经有两个类似的发现不能被同行重复。
在他看来,就学术方面而言,物理学家们一直都在寻找室温超导体。如果该发现被证实,由于其所需压力也不算高(此次的合成和测试条件跟之前相比已经宽松很多),这将是诺贝尔奖级别的成果。
“从商业上来说,作者自己也成立了公司,他说得很清楚,现在不会把这个样品提供给别人,他们会试图将该材料商业化。虽然从目前合成量来说,样品只有不到1mm,极微量,但因为合成条件并不严苛,不排除后期大规模合成的可能。从应用场景来看,虽然是室温超导,但是因为需要上万个大气压,其应用的场景会极为有限。目前最重要的还是其他研究组来证实该发现。”李世燕说。
新/闻/观/察
会颠覆核聚变、特高压技术吗
没有了电阻,意味着电流在传输过程中没有损耗,电线两端不需要变电站进行电压控制,就能实现电流快速传输。因此有观点认为,若常温超导成为现实,特高压输电技术将被取代,彻底颠覆目前的输电模式。
特高压电网是指1000千伏及以上交流电网或±800千伏及以上直流电网,为远距离、高电压等级输电线路,具有大容量、高效率的特点,其中关键设备之一是设立特高压变电站。
“常温超导如果真的实现,那就太厉害了。”一位电网业内人士称,“但Dias团队目前实现超导的条件是1万个大气压,这和超低温的要求相比,并不轻松。”
“技术颠覆性不会这么快,全面替代为时过早。” 中国科学院物理研究所研究员罗会仟在一场线上采访上表示,1万个大气压的条件仍然很高。
此外,室温超导技术或材料想要实现应用,成本是非常重要考量因素。“要替代现有电网,成本要很低才行。”罗会仟称,目前国内的高压输电技术已经非常成熟,暂时不会被替代。
“理论离工程应用还很远。”多位电网人士也对界面新闻称。
因超导材料可以实现强大电流,进而产生超强磁场。也有观点称,常温超导实现后,实现核聚变的托卡马克装置,将不要使用液氮冷却装置,极大促进可控核聚变的发展。
核聚变被认为是解决人类能源需求的终极方案。与目前广泛应用的核裂变相比,核聚变不产生核废料、辐射少、不产生有害及温室气体,更为清洁、高效和安全。
实现核聚变发电的难点包括如何实现上亿度点火和稳定长时间约束控制。一位不愿具名的核电业内人士对记者称,要实现核聚变,温度、密度和约束时间是三个关键因素。若实现室温超导,就可以实现约束密度平方级增加,核聚变实现难度大幅降低,人类实现聚变能量应用的前景会提前实现。
“从科学界看,室温超导技术的突破振奋人心,存在很大价值。”一位核聚变领域的专家则表示,但目前室温实现超导,还需要很高的压力,尚处于研究领域,谈不上应用。