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翰墨为骨，想想为翼，人人好，我是墨代王朝，迎接来到咱们本期的百科频谈。

东谈主类自古以来，就在接续地尝试了解大天然的奥妙：燥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。东谈主们在不雅察过这些预料的征象之后，通过实验和推导得出了宽敞的表面定律来暴露这些逻辑关系，最终演化出了一门新的学科，物理学。

咱们今天日常生存所用到中的一切，岂论是电脑、手机、采集、照旧电力系统都离不开物理学的发展和应用。

在好多科幻电影中，东谈主类也对异日的物理学张开了无穷的幻想，比如在电影《阿凡达》中，飘浮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，亦然咱们本期节谋划主题：室温超导材料。

1、电阻的产生

人人都知谈，咱们生存中的通盘物资材料都是由原子构成的，原子的结构是原子核和核外电子。电子围绕原子核在约束地作念无章程通顺，而它在通顺时受到的庇荫即是电阻，基本上通盘的物资都有电阻。

咱们把柄电阻大小，不错把他们分为导体、绝缘体、半导体。导体的电阻最小，往日是金属元素，比如金、银、铜、铝等；绝缘体的电阻最大，往日漫骂金属元素，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？

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，晶格的结构很褂讪，只可在均衡位置隔邻作念小边界的通顺。但金属里面的摆脱电子，它们是不错轻易迁移的。

当咱们给导体增多了电压之后，电子便会顺着高电压朝着低电压标的产生迁移，在这个经过中就形成了电流。

摆脱电子在迁移的经过中，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，并在回荡的经过中把能量变成热量，这即是电阻损耗能量的经过。

是以往日的一个导体，之是以会损耗能量产生电阻，即是因为电子撞了晶格，在这个经过中吃亏了能量，让导体的温度升高。

随后科学家在实验的时候发现，岂论任何导体，如若出现了降温的情况，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，能量吃亏的就会少，是以电阻也会减小。

那么把温度下跌到很低的情况下，电阻会有什么变化呢？

早期的物理学家并不行贬责这个问题，因为莫得实验条目，只可依靠推测。

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。这个温度还是止境接近完全零度，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，即是一个险些莫得杂质和颓势的无缺导体。

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，关联词温度一朝低于4.2K，电阻就险些测不到了，就好像陡然之间隐匿了一样。

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。如若金属环有电阻，那么电流就会有损耗；关联词如若金属环莫得电阻，那么电流就会一直握续下去。收尾测量了几十年，金属环上的电流一直莫得隐匿。

终末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分袂在3.8K、6K的环境下，同样出现了电阻陡然降为零的征象。

于是东谈主们说明了果然存在这样一种物资现象：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、便就把这种现象定名为超导体，而这个让电阻隐匿的温度，即是导体的临界温度。

昂尼斯因为这一系列的商量，被授予了1913年的诺贝尔物理学奖。

超导体它为什么这样遑急呢？咱们知谈旧例导体在使用的经过中会产生电阻，如若是长距离传输，电力损耗致使会达到50%，而如若不错使用险些莫得电阻的超导材料来传输电流，就不错从简好多资本和损耗，这对通盘这个词东谈主类社会来说都是很大的变化，是以科学家一直在针对超导材料进行各式商量。

咱们往日说电磁不分家，有电场的所在一定会有磁场。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，发现当温度裁汰到临界温度，在材料电阻隐匿的同期，磁感应线将不行通过超导体，会被全部排出，于是他们便把这种超导体的抗磁性征象称为“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遑急特质。

关联词这个时候的超导体都是在温度极低的环境下被发现的，是以其后的科学家们，也在接续去尝试去寻找一些，不错在高温下使用的新超导体。

天然这里的“高温”是相对于完全零度而言的，比如像咱们之前提到的液氦，温度是4.2K，相配于零下269℃，要已毕这个是比拟不毛的。

3、也曾发现的超导

尔其后科学家们也确乎又陆陆续续发现了好多的超导体。

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℃，这一纪录保握了近13年。

1986年，好意思国贝尔实验室商量的超导材料，临界超导温度达到40K，破裂了液氢的温度壁垒。

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，破裂了液氮的温度壁垒。

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液氮的制酿资本相对液氦来说，要低廉止境多，于是实验资本一下就降下来了，这就愈加激励了对新式高温超导材料的商量高涨。

2015年，德国普朗克商量所发现在150吉帕斯卡的环境中，硫化氢在203K，零下70度时就出现了超导现象，创下了新的超导温度纪录，并发表在《天然》期刊。

硫化氢咱们都很熟练，因为它有臭鸡蛋气息，在天然界中也很常见，关联词要已毕其他条目太淡漠了，150吉帕斯卡也即是150万个大气压的环境，还漫骂常不毛的。

其后的科学家们也陆续发现了一些新的材料，都不错已毕高温环境超导，关联词同样是需要止境高压的环境。

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。

是以咫尺的针对超导体，常用的目标即是增大压强或者裁汰温度。

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转换为金属。

科学界以为这种新相的形成，极大增强了超导的某种相互作用，比如在表面上，氢元素在迷漫高的压力下，就会变成金属氢。因为氢原子核实践上就一个质子，一朝变成金属，原子热振动的能量漫骂常重大的，足以让电子、声子耦合下，形成高临界温度的超导体，致使是室温超导体，是以金属氢一直是超导商量者们的瞎想材料之一。

关联词要已毕金属氢的压力也漫骂常重大的，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。晦气的是，他们在实验中出现了操作无理，让压着金属氢的金刚石对顶砧碎掉了，好胁制易得到的金属氢因此隐匿得九霄，而于今东谈主们仍难以重迭实验条目来得到如斯高压下的金属氢。

从1913年昂尼斯发现超导征象直到今天惟有110年，关联词通过超导商量径直得到诺贝尔奖的科学家还是有10位，足以看出超导对于通盘这个词科学界乃至全东谈主类的遑急性。

但也正因为如斯，致使有东谈主不吝用作秀的方式，来欺诈超导的商量来给我方增多荣誉。

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商量效果，堪称我方的团队合成了一种含碳、硫、氢的化合物，并在288K的温度环境中阐扬出了超导性能。

288k即是15℃，这还是是常温环境了，蓝本是一个颤抖科学界的发现，关联词很快这项商量就受到了行业内宽敞行家的质疑，因为把柄迪亚斯的实验数据需要在10千帕，大致1万倍大气压的环境下智商已毕该项商量，这样淡漠的条目让莫得个任何一个团队不错重现这个效果。

随后东谈主们致使还发现，兰加·迪亚斯本东谈主屡次出现学术上的作秀行为，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，关联词这却涓滴莫得影响通盘这个词科学界对超导的商量。

在本年的7月22日，韩国量子能源商量中心、高丽大学的李石培、金智勋商量团队，在预印本网站arXiv平台上发表了两篇论文，文告他们得胜合成出了一种名为LK-99的材料，而这种材料在常压400 K的环境中阐扬出了超导体的特质。

400K即是127°C，也即是说只消在127°C以下，这种材料就将不错手脚超导体来看待，这样的一个商量效果让通盘这个词科学界片刻炸锅。

天然arXiv仅仅一个同样平台，并非严格的学术机构，关联词韩国团队上传的尊府信息止境全面，包括各式实验数据，视频，以及LK-99的合成制作法子，况且合成法子止境不祥。

具体的操作要道是先把氧化铅和硫酸铅粉末按照1:1的比例搀杂，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一皆加在密封管中，在10的负三次方托的真空度下搀杂，用550°C加热48小时得到磷化亚铜。

终末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的比例搀杂，同样置于真空度为10的负三次方托的密封管中，加热至925°C，保握温度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，是取自觉现者李石培、金智勋的教育名字首字母L、K，以及初次发现它的年份1999年。

因为LK-99制作的法子不祥，险些在职何一个大学的实验室都不错已毕，于是各大商量机构、高校驱动尝试制作，很快就得胜合成出了实验样品并对它们进行了检测。

检测的模式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，关联词至于“零电阻”征象，咫尺还莫得不雅测到。

北京航空航天大学商量团队对合成的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，阐扬出的阐扬出特征访佛半导体，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、金智勋商量团队提倡要求，让他们提供样品来进行审核。

天然韩国商量团队开心会提供样品，关联词却莫得给出具体的时刻，只说在半年之内，鉴于以上种种，韩国超导协会示意，并不赞成将LK-99现在就称为“常温常压超导体”。

是以究竟什么情况，咱们照旧需要赓续不雅察跟进。

5、超导应用

咱们还是知谈了，所谓的超导体即是在某一种情况下，简略超等导电的这样一种物资，超比及完全莫得电阻时，那么岂论何等远的输送、何等复杂的使用环境，它的电损耗都是零。

在咱们今天的生存中，用到的电都是从发电厂来的，是以发电厂和用电者之间的距离就显得止境遑急，最常见的导线材料是铜就还是有着止境惊东谈主的导电率了。关联词如若有了超导体之后，岂论距离何等远方，电阻都是零，电损耗亦然零，是以就不错在最稳当的所在成立发电厂，致使连风能、太阳能这些清洁能源都不错更好的欺诈。

而除了电力输送以外，超导同样也不错被应用在电力的存储上头，比如咱们日常生存顶用到的岂论是家用电器、新能源汽车、乃至手机、电脑，他们用到的电板都带有损耗。

如若不错用超导体制成电板，那么电力将会被永久保握，岂论使用多久都不会被隐匿，不错完全欺诈，电力能源就此不错破裂时刻、空间的镣铐，重组出一整套的完整新系统，让东谈主类漂后在日常的生存中完成一个质的飞跃。

天然了，这样一来那些依靠咫尺电力产业链赢利的东谈主，岂论是分娩煤炭的、作念电线的、造发电厂的，他们将会濒临通盘这个词行业的蜕变，致使会有好多东谈主因此失去责任。

关联词这即是东谈主类漂后进化的标的，因为电力损耗减少，那么沾污就会减少，因此超导体亦然通盘这个词电力系统最瞎想的东西，如若领有了它，那么通盘这个词电力系统就无缺了。

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，这即是欺诈了它的抗磁性，咫尺咱们熟知的高铁，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？科学家有一个很骁勇的看法，如若把这个磁悬浮的轨谈放在真空管谈里面去，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，从北京到上海惟有半个小时。

这是一种什么速率？比音速的1200千米每小时快了2倍多。

除此以外，超导体还不错用于缱绻机芯片限制，因为咱们咫尺的电脑芯片在在运作时会产生大量热量，因此在设计的时候需要议论到散热功能。关联词如若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，那么就不错轻易设计芯片的结构和大小，这样岂论是算力照旧造型上，都将破裂咱们咫尺物理宇宙对缱绻机的一些收尾。

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限制包括可控核聚变、核磁共振，以及被称为是下一个纪元的量子缱绻时间。

尾声

在东谈主类漂后发展的历史上，履历了数次的工业转换：从18世纪60年代开启的蒸汽时间、到19世纪后半期的电气时间。再到20世纪70年代以来，以原子能、电子缱绻机生物工程等发明和应用为主要标记的科技时间。

东谈主类每一次履历过新的转换之后，都会极地面晋升全社会的分娩效力，最终已毕了从传统农业社会转向当代工业社会的治疗，使通盘这个词东谈主类漂后面容发生了揭地掀天的变化。

咱们现在则是处于第四次工业转换，它涵盖了东谈主工智能、物联网、大数据、自动化、生物手艺等多个限制，强调数字手艺和物理手艺的和会。因此也被称为\"数字转换\"或\"智能转换\"。

而对于超导材料的商量与开拓，毫无疑问是第四次工业转换的遑急课题，如若室温超导手艺成为现实，咱们的异日将会破裂现在通盘的领路。

设想一下：咱们在在家中不错睡在一张飘浮在空中的床上，生存顶用到的通盘电子家具，不再需要充电，当咱们走出房间，看到的是漫天飘浮的城市、汽车，而这一切的能源开端，全部是清洁的风能、太阳能，致使是由原料充足、性能优异、安全可靠的可控核聚变产生。这将会是一幅何等精巧的生存画面。

天然这些看起来离咱们很远，因为岂论是LK-99，照旧别的室温超导手艺，咫尺还处于商量和开拓阶段，关联词我确信所关联于超导的设计画面，异日都将已毕，因为这是东谈主类漂后进化的势必收尾。

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，感谢人人的不雅看，让咱们下期相遇。

（全文完，谢谢不雅看，图片来自采集）公众号：墨代王朝