（全文5700字，阅读需要9分钟）绪论

笔墨为骨，念念想为翼，各人好，我是墨代王朝，宽待来到咱们本期的百科频谈。

东谈主类自古以来，就在无间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。东谈主们在不雅察过这些意旨真理意旨真理的风光之后，通过实验和推导得出了宽绰的表面定律来说明这些逻辑关系，最终演化出了一门新的学科，物理学。

咱们今天日常活命所用到中的一切，无论是电脑、手机、收罗、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，东谈主类也对将来的物理学伸开了无穷的幻想，比如在电影《阿凡达》中，飞动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，亦然咱们本期节规画主题：室温超导材料。

1、电阻的产生

各人都知谈，咱们活命中的总共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。电子围绕原子核在无间地作念无功令畅通，而它在畅通时受到的覆盖即是电阻，基本上总共的物资都有电阻。

咱们左证电阻大小，不错把他们分为导体、绝缘体、半导体。导体的电阻最小，鄙俚是金属元素，比如金、银、铜、铝等；绝缘体的电阻最大，鄙俚黑白金属元素，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畅通。但金属里面的解放电子，它们是不错爽脆移动的。

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所在产生移动，在这个经过中就形成了电流。

解放电子在移动的经过中，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，晶格因此会产生飞动，并在飞动的经过中把能量变成热量，这即是电阻损耗能量的经过。

是以无边的一个导体，之是以会损耗能量产生电阻，即是因为电子撞了晶格，在这个经过中赔本了能量，让导体的温度升高。

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随后科学家在实验的时候发现，无论任何导体，淌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，金属晶格的飞动会变缓，电子与晶格的碰撞会减少，能量赔本的就会少，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可贬责这个问题，因为莫得实验条目，只可依靠估量。

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，获取了一个4.2开尔文度的温度，特别于零下269摄氏度。这个温度还是相当接近皆备零度，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完整导体。

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，可是温度一朝低于4.2K，电阻就险些测不到了，就好像蓦然之间褪色了一样。

昂尼斯链接进行了实验，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。淌若金属环有电阻，那么电流就会有损耗；可是淌若金属环莫得电阻，那么电流就会一直握续下去。终局测量了几十年，金属环上的电流一直莫得褪色。

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散在3.8K、6K的环境下，通常出现了电阻蓦然降为零的风光。

于是东谈主们阐发了简直存在这样一种物资景况：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、便就把这种景况定名为超导体，而这个让电阻褪色的温度，即是导体的临界温度。

昂尼斯因为这一系列的商议，被授予了1913年的诺贝尔物理学奖。

超导体它为什么这样迫切呢？咱们知谈老例导体在使用的经过中会产生电阻，淌若是长距离传输，电力损耗以至会达到50%，而淌若不错使用险些莫得电阻的超导材料来传输电流，就不错省俭好多资本和损耗，这对总共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议。

咱们频繁说电磁不分家，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，发现当温度裁汰到临界温度，在材料电阻褪色的同期，磁感应线将不可通过超导体，会被全部排出，于是他们便把这种超导体的抗磁性风光称为“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迫切特质。

可是这个时候的超导体都是在温度极低的环境下被发现的，是以自后的科学家们，也在无间去尝试去寻找一些，不错在高温下使用的新超导体。

天然这里的“高温”是相对于皆备零度而言的，比如像咱们之前提到的液氦，温度是4.2K，特别于零下269℃，要达成这个是比拟穷苦的。

3、也曾发现的超导

尔自后科学家们也如实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议的超导材料，临界超导温度达到40K，冲破了液氢的温度壁垒。

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，特别于零下196℃，亦然首个超导温度在77K以上的材料，冲破了液氮的温度壁垒。

液氮的制形资本相对液氦来说，要低廉相当多，于是实验资本一下就降下来了，这就愈加激发了对新式高温超导材料的商议高涨。

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

硫化氢咱们都很老到，因为它有臭鸡蛋气息，在天然界中也很常见，可是要达成其他条目太坑诰了，150吉帕斯卡也即是150万个大气压的环境，照旧相当穷苦的。

自后的科学家们也陆续发现了一些新的材料，都不错达成高温环境超导，可是通常是需要相当高压的环境。

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。

是以刻下的针对超导体，常用的主义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篡改为金属。

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科学界觉得这种新相的形成，极大增强了超导的某种互相作用，比如在表面上，氢元素在敷裕高的压力下，就会变成金属氢。因为氢原子核骨子上就一个质子，一朝变成金属，原子热振动的能量是相当浩大的，足以让电子、声子耦合下，形成高临界温度的超导体，以至是室温超导体，是以金属氢一直是超导商议者们的联想材料之一。

可是要达成金属氢的压力亦然相当浩大的，率先预言需要100GPa，也即是一百万个大气压，自后觉得需要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。倒霉的是，他们在实验中出现了操作造作，让压着金属氢的金刚石对顶砧碎掉了，好辞谢易得到的金属氢因此褪色得九霄，而于今东谈主们仍难以叠加实验条目来获取如斯高压下的金属氢。

从1913年昂尼斯发现超导风光直到今天只须110年，可是通过超导商议径直获取诺贝尔奖的科学家还是有10位，足以看出超导对于总共这个词科学界乃至全东谈主类的迫切性。

但也正因为如斯，以至有东谈主不吝用作秀的格局，来诈欺超导的商议来给我方增多荣誉。

比如在2020年，好意思国罗彻斯特大学的物理学家兰加·迪亚斯在泰斗期刊《天然》上发表了一项我方的商议恶果，堪称我方的团队合成了一种含碳、硫、氢的化合物，并在288K的温度环境中发扬出了超导性能。

288k即是15℃，这还是是常温环境了，蓝本是一个战抖科学界的发现，可是很快这项商议就受到了行业内宽绰大师的质疑，因为左证迪亚斯的实验数据需要在10千帕，苟简1万倍大气压的环境下才能达成该项商议，这样坑诰的条目让莫得个任何一个团队不错重现这个恶果。

随后东谈主们以至还发现，兰加·迪亚斯本东谈主屡次出现学术上的作秀步履，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

诚然兰加·迪亚斯所谓的发现是一个作秀事件，可是这却涓滴莫得影响总共这个词科学界对超导的商议。

在本年的7月22日，韩国量子能源商议中心、高丽大学的李石培、金智勋商议团队，在预印本网站arXiv平台上发表了两篇论文，晓示他们收效合成出了一种名为LK-99的材料，而这种材料在常压400 K的环境中发扬出了超导体的特质。

400K即是127°C，也即是说只须在127°C以下，这种材料就将不错手脚超导体来看待，这样的一个商议恶果让总共这个词科学界蓦然炸锅。

诚然arXiv仅仅一个疏通平台，并非严格的学术机构，可是韩国团队上传的贵府信息相当全面，包括各式实验数据，视频，以及LK-99的合成制作步调，况兼合成步调相当简便。

具体的操作步调是先把氧化铅和硫酸铅粉末按照1:1的比例羼杂，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沿途加在密封管中，在10的负三次方托的真空度下羼杂，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的比例羼杂，通常置于真空度为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、金智勋的教悔名字首字母L、K，以及初度发现它的年份1999年。

因为LK-99制作的步调简便，险些在职何一个大学的实验室都不错达成，于是各大商议机构、高校开动尝试制作，很快就收效合成出了实验样品并对它们进行了检测。

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检测的名堂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，特别于考据了它具有迈纳斯效应，也即是抗磁性，可是至于“零电阻”风光，刻下还莫得不雅测到。

北京航空航天大学商议团队对合成的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，发扬出的发扬出特征近似半导体，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、金智勋商议团队淡薄要求，让他们提供样品来进行审核。

诚然韩国商议团队应许会提供样品，可是却莫得给出具体的时分，只说在半年之内，鉴于以上种种，韩国超导协会默示，并不营救将LK-99现在就称为“常温常压超导体”。

是以究竟什么情况，咱们照旧需要链接不雅察跟进。

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，大致超等导电的这样一种物资，超比及完全莫得电阻时，那么无论何等远的运载、何等复杂的使用环境，它的电损耗都是零。

在咱们今天的活命中，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相当迫切，最常见的导线材料是铜就还是有着相当惊东谈主的导电率了。可是淌若有了超导体之后，无论距离何等远处，电阻都是零，电损耗亦然零，是以就不错在最符合的地方确立发电厂，以至连风能、太阳能这些清洁能源都不错更好的诈欺。

而除了电力运载除外，超导通常也不错被应用在电力的存储上头，比如咱们日常活命顶用到的无论是家用电器、新能源汽车、乃至手机、电脑，他们用到的电板都带有损耗。

淌若不错用超导体制成电板，那么电力将会被永恒保握，无论使用多久都不会被褪色，不错完全诈欺，电力能源就此不错冲破时分、空间的镣铐，重组出一整套的完整新系统，让东谈主类好意思丽在日常的活命中完成一个质的飞跃。

天然了，这样一来那些依靠现在电力产业链赢利的东谈主，无论是分娩煤炭的、作念电线的、造发电厂的，他们将会靠近总共这个词行业的更动，以至会有好多东谈主因此失去使命。

可是这即是东谈主类好意思丽进化的所在，因为电力损耗减少，那么浑浊就会减少，因此超导体亦然总共这个词电力系统最联想的东西，淌若领有了它，那么总共这个词电力系统就完整了。

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，这即是诈欺了它的抗磁性，刻下咱们熟知的高铁，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？科学家有一个很果敢的观念，淌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，超导体还不错用于缱绻机芯片规模，因为咱们刻下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磋议到散热功能。可是淌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，那么就不错爽脆设计芯片的结构和大小，这样无论是算力照旧造型上，都将冲破咱们刻下物理宇宙对缱绻机的一些适度。

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缱绻期间。

尾声

在东谈主类好意思丽发展的历史上，资格了数次的工业改进：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、电子缱绻机生物工程等发明和应用为主要象征的科技期间。

东谈主类每一次资格过新的改进之后，都会极地面擢升全社会的分娩遵守，最终达成了从传统农业社会转向当代工业社会的诊治，使总共这个词东谈主类好意思丽面貌发生了揭地掀天的变化。

咱们现在则是处于第四次工业改进，它涵盖了东谈主工智能、物联网、大数据、自动化、生物时期等多个规模，强调数字时期和物理时期的会通。因此也被称为\"数字改进\"或\"智能改进\"。

而对于超导材料的商议与斥地，毫无疑问是第四次工业改进的迫切课题，淌若室温超导时期成为实际，咱们的将来将会冲破现在总共的理会。

联想一下：咱们在在家中不错睡在一张飞动在空中的床上，活命顶用到的总共电子居品，不再需要充电，当咱们走出房间，看到的是漫天飞动的城市、汽车，而这一切的能源起原，全部是清洁的风能、太阳能，以至是由原料充足、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活命画面。

诚然这些看起来离咱们很远，因为无论是LK-99，照旧别的室温超导时期，刻下还处于商议和斥地阶段，可是我服气所关系于超导的遐想画面，将来都将达成，因为这是东谈主类好意思丽进化的势必终局。

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，感谢各人的不雅看，让咱们下期邂逅。

（全文完，谢谢不雅看，图片来自收罗）公众号：墨代王朝