常温超导（常温超导体可以用来制作什么）

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曹原发现的石墨烯，是常温超导吗？

之前大家试验室有师兄弟做了石墨烯，针对其特性略知一二。能够确立地说，曹原所制取出去的独特石墨烯并不是常温下超导体（一般称室温超导体）。曹原仅22岁就已第一作者的身份在《自然》（Nature）杂志发布了几篇重磅文章，从而引起了全球的关心。要了解，之前评中科院工程院院士，只需一篇一作Nature或是Science就可以。尽管如今没有那样的状况了，但Nature或是Science在科学领域中归属于顶尖杂志期刊的影响力没法摇摆不定，非常少有些人能在上面发论文。

曹原的主要工作是石墨烯超导的科学研究，但这类石墨烯的超导体温度并不是是常温下，只是很低的温度，只比绝对零度了高了一点，相关曹原制备出室温超导体的报道不是实的。石墨烯源于于高纯石墨。高纯石墨是由双层氧原子层构成，各层中的氧原子以蜂巢状的好几个六边形排序在一起，各层中间的间距大概0.335纳米技术。假如把高纯石墨的双层构造脱离成一层一层的构造，获得的原材料便是石墨烯。因为石墨烯的独特构造，它具备出色的结构力学、电力学、磁学和热力学特性，因此，石墨烯改性材料一直全是科学研究网络热点。

曹原的科学研究是把双层石墨烯层叠在一起，随后根据转动双层造成不一样的视角来科学研究其导电能力。当他把视角转动到1.1度，而且把温度减少至1.7开尔文（即比绝对零度高了1.7度，-271.45℃），这类两层石墨烯原材料主要表现出了超导现象，变成零电阻器、彻底抗磁性的超导体。曹原制备出的石墨烯超导体归属于超低温超导体，其超导体临界值温度远小于冰度0℃，这类原材料并不是室温超导体。

人们制造出的最大温度超导体是LaH10，其超导体临界值温度为250开尔文，即-23℃，离室温超导体还有一些差别[3]。此外，这类原材料的超导现象必须在170吉帕斯卡的髙压（等同于地面大气压力的170千倍）下才可以完成。曹原的科学研究往往会引起关心，是由于只需简易实际操作，不用引进别的化学物质，就能使石墨烯发生超导现象。针对这类两层石墨烯超导体的深入分析，将能为高温超导体乃至室温超导体的科学研究指引方向。假如可以取得成功生产制造出室温超导体，这终将对 *** 文明造成长远的危害。因而，曹原的科学研究具备十分关键的实际意义，这也是为什么他备受关心的缘故。

常温超导体的划时代意义和应用

2018《自然》杂志年度十大人物评选出炉，居十大人物之首的是22岁中国天才科学家曹原。2018年3月5日，《自然》背靠背发布了两篇以曹原为第一作者关于“魔角”石墨烯的重磅论文。这名中科大少年班的毕业生、美国麻省理工学院的博士生发现当两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度，就会产生神奇的超导效应。这一发现轰动国际学界，直接开辟了凝聚态物理的一块新领域。如今，正有无数学者试图重复、拓展他的研究。

《自然》杂志是全球最顶尖的科学杂志，能在自然发布论文，是很多国内外科学家一生的梦想，而这次2018的年度评选把这位出生在1995年的少年科学家曹原的发现放在年度论文之首，足以想见科学界对这次发现的重视程度。这期《自然》的封面就是以“魔角”石墨烯的概念为原型设计的。

“魔角”石墨烯研究最让人兴奋的地方之一，是它对高温超导体的理论意义，虽然它也是在接近绝对0度的状态下做的，但它以极为简单的形式模拟了高温超导体的特性。对高温超导体的研究有里程碑式的意义。高温超导体一般是指超导的临界温度比液氮温度（零下196度）要高的物体，相对的，超导临界温度从绝对0度到零下196度之间的物体，是低温超导体。人们现在对低温超导体的研究比较清楚了，但对高温超导体的超导物理原理以及相关的凝聚态物理，仍然是物理学中不为人知的地带。而“魔角”石墨烯的研究，可能打破这种现状，成为常温超导体的研究的里程碑。

1911年荷兰科学家卡末林发现了汞的超导电性，从而发现超导现象，仅仅两年后的1913年就获得了诺贝尔奖。并成为低温物理学的奠基人。“魔角”石墨烯的研究，再次证明了在超导体领域的任何研究，都可能牵动整个自然科学的神经。

那常温超导体到底有什么意义呢？简单来说，凡是用到电的地方，它都有划时代的意义，而当超导体实现常温超导，他的应用注意渗入到生活的方方面面。指尖科技说和你一起盘点：

1.超导电器。超导体没有电阻，会极大推动现有电子技术的使用。我们日常的应用电子技术，都是基于有电阻的电路，由于电阻产生的电的消耗是极为巨大的，人们为了电阻产生的散热问题，投入了无数资源。电脑会变成超导计算机，想象你的电脑没有电阻，不再需要散热，电脑可以更轻薄。使用超导晶体管的集成电路，电脑的速度直接可以有几十几百倍的提升；用电的效率更高，家里的用电量就直接降低了，灯泡却更亮了，电动车跑的更快了，电器的使用变得更加方便，更多的精细电元件可以使用到我们的生活中。据说现在已经有很多公司在研究超导计算机和量子计算机。

2.量子计算机。现在已经被研制出来的两台量子计算机，一台是基于电磁激光技术，一台是基于超导微波技术。其中IBM公司的基于超导微波技术的量子计算机已经让人们看到了超导体在计算机领域的可行性。

3.超导发电。目前，超导发电机有两种含义。一种含义是将普通发电机的铜绕组换成超导体绕组，以提高电流密度和磁场强度，具有发电容量大、体积小、重量轻、电抗小、效率高的优势。 另一种含义是指超导磁流体发电机，磁流体发电机具有效率高、发电容量大等优点，但传统磁体在发电过程中会产生很大的损耗，而超导磁体自身损耗小，可以弥补这一不足。发电损失降到最低，也可能会导致放发电变得更加容易，可能我们身边很多能源都可以用做发电元件提供日常用电，如太阳能、运动能。

4.超导输电：由超导材料制作的超导电线和超导变压器，可以把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，用铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。

5.磁悬浮交通。超导磁悬浮列车：利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。磁悬浮汽车：这种汽车据说已经被发明出来，但如果超导技术成熟，即可进入实用阶段。磁悬浮轮胎，有报道说磁悬浮轮胎的原型已经被一位中国小伙发明，具有现在轮胎所不具有的高性能特性。还有磁悬浮滑板，可能会代替我们日常行走。

6.磁悬浮机械。把磁悬浮特性应用到在机械研发上，可使重要元件没有摩擦力，机械的制动效率和速度会大大增加，能够做到现有机械做不到的很多功能。

7.磁悬浮建筑。磁悬浮技术可以让人类更加高效的利用空间，也许将来人类生活在空中就不再是梦想。当生活用品用上磁悬浮的技术，我们的生活会变得无比的便利。

8.超导医疗。据说医疗行业现在已经有了超导磁力共振仪，可以对很多重要疾病进行诊断。

9.核聚变反应堆“磁封闭体”：核聚变反应时，内部温度高达1亿～2亿摄氏度，没有任何常规材料可以包容这些物质。而超导体产生的强磁场可以作为“磁封闭体”，将热核反应堆中的超高温等离子体包围、约束起来，然后慢慢释放，从而使受控核聚变能源成为21世纪前景广阔的新能源。由于核聚变原料的广泛性，能源问题有望就被彻底解决。即使远距离的太空旅行也会变得有可能。

10.超导重力模拟。太空飞船中是没有重力的，这导致太空人在太空船中的运动受到很大限制，如果可以在太空船上也如履平地，那对太空人的作业甚至对在太空船上生活，都有非常重要的意义。通过常温超导体的作用力，可能可以模拟这种重力作用。

可以遇见一旦常温超导体技术成熟，肯定会有一场超级技术革命，从此整个世界都会改变一个模样。欢迎关注指尖科技说（公众号），如果有其他设想也欢迎您留言评论。

常温常压超导是什么？对材料革命有何影响？

常温常压超导又称常温超导体，其实不论高温、室温或低温，只要尽量将化合物中的各种粒子给处于稳定一点的状态，并令(其中各种粒子的)自旋方向一致，自旋速度一致，如此一来便能使得，待 *** 的那个电子拥有一个更平稳.顺向的 *** 环境，便可近乎于常温超导体的概念了。 *** 过程中， 不被反向自旋的粒子 ，给碰撞干扰 ，也不被顺向但自旋较慢之粒子给减速。

国马普研究所的安德里亚·卡瓦莱里与一个国际团队合作发现，当YBCO被红外激光脉冲照亮时，在很短的一瞬间，它会暂时在室温下变成超导体。红外脉冲不只是激发这些原子振荡，还使它们的位置在晶体中发生偏移。这会使双层氧化铜短时间内变得更厚一些，增厚了大约2皮米(差不多是一个原子直径的百分之一)，而它们之间的夹层则相应变窄了那么多。进而，这样的变化增加了双层之间的耦合程度，使得这种晶体在几皮秒内变成了室温超导体。

 一方面，新的研究结果有助于补完仍旧不完整的高温超导理论。另一方面，它可以帮助材料科学家开发具有更高临界温度的新超导材料。超导磁体、引擎和线缆都必须用液氮或液氦冷却到远低于零度的温度。如果复杂的冷却设施不再需要，那超导技术就获得了突破。

能在常温常压下工作的超导体，将使全球化电力供应梦想成真。通过横穿地中海底的超导电缆，非洲撒哈拉沙漠的太阳也可以给西欧供电。电缆必须一直浸在77K(约 -196℃)的液氮之中。因此，如果要架设这样的电缆，每隔一千米左右就必须安装泵机和冷却设备，大大增加了超导电缆方案的成本和复杂程度。      

高温超导发展到什么地步了，离常温超导还有多远？

德国的科学家称，他们创造了一个新的超导里程碑。由马克斯·普朗克化学研究所的物理学家，米哈伊尔·埃雷米茨领导的研究小组在最高温度下获得了无电阻电流——250开尔文（相对于绝对零度-273摄氏度的温度单位），即-23摄氏度。要知道，在2015年，他们创下的最高温超导记录是203开尔文，即-70摄氏度，三年的时间内提高了接近50开尔文！

在1911年，物理学家们首次发现的超导电性这种一种奇怪的现象。通常，电流的流动会遇到某种程度的阻力——即电阻。导体材料的导电性越高，其电阻越小，电流在传输过程中的消耗越小。

但是，某一些材料在温度足够低的条件下，电阻会降到零，电流消耗为零，同时伴随着迈斯纳效应（超导体从一般状态相变至超导态的过程中对磁场的排斥现象）的出现，这个时候我们就可以称这种材料为超导体。

所谓的常温超导，就是一种材料能在高于0摄氏度的条件下，把电阻降到零。如果能够实现常温超导，我们将能彻底改变电传输效率，大大改善电网、高速数据传输和电动机的工作效能，在节能环保上也能更进一步。因此，世界上许多实验室一直在研究常温超导的课题，不断有人声称创造了新的高温超导，但随后却无法通过重现性测试。

此前埃雷米茨和他的研究小组在150千兆帕的压力下，在2015年用硫化氢创造了203开尔文的高温超导记录。这一次，埃雷米茨和他的研究小组使用了一种叫做氢化镧的材料，在大约170千兆帕的压力下进行高温超导实验。今年早些时候，研究小组用这种材料获得了215开尔文（-58.15C°）的超导性，仅仅几个月后，他们改进了这一结果——250开尔文（-23C°），摄氏度几乎是北极冬季平均气温的一半！

研究人员在他们的论文中写道：“这一飞跃，比之前的203开尔文临界温度记录高出接近50开尔文，表明了在不久的将来在高压下实现室温超导电性（即273开尔文，零摄氏度）的真正可能性，以及超导电性在常规环境压力下的前景。”

埃雷米茨研究小组的这一结果尚未得到科学界的验证，论文正等待同行科学家的评议。麻省理工学院技术综述报告指出，有三个试验被认为是超导性的指标，埃雷米茨研究小组的结果只完成了其中两个，即完全导电性和通量量子化。而完全抗磁性（即迈斯纳效应）的相关试验还没有完成，该小组尚未观察到这种现象，因为他们的样品非常小，远远低于他们的磁力计的检测能力。

探索的道路是崎岖而曲折的，不管埃雷米茨研究小组的高温超导研究中的完全抗磁性试验最终能否成功，他们的成果终究是一次飞跃。希望科学家们更进一步，早日实现常规环境压力下的常温超导，大幅度降低电力传输消耗，有效减缓地球的能源消耗。

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