（全文5700字新宝代理，阅读需要9分钟）序论

翰墨为骨，念念想为翼，群众好，我是墨代王朝，宽饶来到咱们本期的百科频谈。

东谈主类自古以来，就在不绝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酷爱酷爱酷爱酷爱的表象之后，通过实验和推导得出了繁多的表面定律来诠释这些逻辑关系，最终演化出了一门新的学科，物理学。

咱们今天日常生涯所用到中的一切，无论是电脑、手机、收罗、照旧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，东谈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，飘摇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

群众齐知谈，咱们生涯中的悉数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绝地作念无司法畅通，而它在畅通时受到的远程便是电阻，基本上悉数的物资齐有电阻。

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，常常是金属元素，比如金、银、铜、铝等；绝缘体的电阻最大，常常口舌金属元素，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。

那么电阻是若何产生的呢？

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，晶格的结构很踏实，只可在均衡位置近邻作念小边界的畅通。但金属里面的目田电子，它们是不错平日转移的。

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转移，在这个流程中就形成了电流。

目田电子在转移的流程中，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，晶格因此会产生飞舞，并在飞舞的流程中把能量变成热量，这便是电阻损耗能量的流程。

是以普通的一个导体，之是以会损耗能量产生电阻，便是因为电子撞了晶格，在这个流程中蚀本了能量，让导体的温度升高。

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，金属晶格的飞舞会变缓，电子与晶格的碰撞会减少，能量蚀本的就会少，是以电阻也会减小。

那么把温度着落到很低的情况下，电阻会有什么变化呢？

早期的物理学家并不可处治这个问题，因为莫得实验要求，只可依靠揣测。

2、超导体的发现

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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，相等于零下269摄氏度。这个温度照旧尽头接近完全零度，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，也便是水银。

为什么找这个材料呢？

因为汞在常温下是液态金属，便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，然则温度一朝低于4.2K，电阻就险些测不到了，就好像骤然之间销亡了一样。

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。淌若金属环有电阻，那么电流就会有损耗；然则淌若金属环莫得电阻，那么电流就会一直捏续下去。终结测量了几十年，金属环上的电流一直莫得销亡。

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，相似出现了电阻骤然降为零的表象。

于是东谈主们证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，而这个让电阻销亡的温度，便是导体的临界温度。

昂尼斯因为这一系列的筹商，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？咱们知谈通例导体在使用的流程中会产生电阻，淌若是长距离传输，电力损耗以致会达到50%，而淌若不错使用险些莫得电阻的超导材料来传输电流，就不错省俭许多资本和损耗，这对通盘东谈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筹商。

咱们常常说电磁不分家，有电场的处所一定会有磁场。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，发现当温度镌汰到临界温度，在材料电阻销亡的同期，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表象称为“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迫切特质。

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，是以自后的科学家们，也在不绝去尝试去寻找一些，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，相等于零下269℃，要结束这个是比拟贫苦的。

3、也曾发现的超导

中韩双方遵循国际法和人道主义原则，从2014年至2022年已连续九次成功交接913位在韩中国人民志愿军烈士遗骸及相关遗物。2015年以来，空军每年都派出飞机赴韩执行接运任务。2020年开始，空军连续4年派出国产大型运输机运-20执飞此项任务。

尔自后科学家们也确乎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℃，这一纪录保捏了近13年。

1986年，好意思国贝尔实验室筹商的超导材料，临界超导温度达到40K，打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，相等于零下196℃，亦然首个超导温度在77K以上的材料，打破了液氮的温度壁垒。

液氮的制酿资本相对液氦来说，要低廉尽头多，于是实验资本一下就降下来了，这就愈加激勉了对新式高温超导材料的筹商飞扬。

2015年，德国普朗克筹商所发现在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，然则要结束其他要求太淡漠了，150吉帕斯卡也便是150万个大气压的环境，还口舌常贫苦的。

自后的科学家们也陆续发现了一些新的材料，齐不错结束高温环境超导，然则相似是需要尽头高压的环境。

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℃ ，这亦然那时已知最高温度的超导体。

是以目下的针对超导体，常用的目标便是增大压强或者镌汰温度。

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革新为金属。

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，氢元素在迷漫高的压力下，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，原子热振动的能量口舌常庞大的，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筹商者们的联想材料之一。

然则要结束金属氢的压力也口舌常庞大的，起先预言需要100GPa，也便是一百万个大气压，自后以为需要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。倒霉的是，他们在实验中出现了操作空幻，让压着金属氢的金刚石对顶砧碎掉了，好进攻易得到的金属氢因此销亡得九霄，而于今东谈主们仍难以叠加实验要求来得到如斯高压下的金属氢。

从1913年昂尼斯发现超导表象直到今天只好110年，然则通过超导筹商告成得到诺贝尔奖的科学家照旧有10位，足以看出超导对于通盘科学界乃至全东谈主类的迫切性。

但也正因为如斯，以致有东谈主不吝用作秀的形式，来愚弄超导的筹商来给我方增多荣誉。

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筹商终结，堪称我方的团队合成了一种含碳、硫、氢的化合物，并在288K的温度环境中施展出了超导性能。

288k便是15℃，这照旧是常温环境了，蓝本是一个惊骇科学界的发现，然则很快这项筹商就受到了行业内繁多大家的质疑，因为左证迪亚斯的实验数据需要在10千帕，大要1万倍大气压的环境下才智结束该项筹商，这样淡漠的要求让莫得个任何一个团队不错重现这个终结。

随后东谈主们以致还发现，兰加·迪亚斯本东谈主屡次出现学术上的作秀活动，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

固然兰加·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通盘科学界对超导的筹商。

在本年的7月22日，韩国量子能源筹商中心、高丽大学的李石培、金智勋筹商团队，在预印本网站arXiv平台上发表了两篇论文，通知他们生效合成出了一种名为LK-99的材料，而这种材料在常压400 K的环境中施展出了超导体的特质。

400K便是127°C，也便是说只须在127°C以下，这种材料就将不错手脚超导体来看待，这样的一个筹商终结让通盘科学界片刻炸锅。

固然arXiv仅仅一个调换平台，并非严格的学术机构，然则韩国团队上传的贵府信息尽头全面，包括各式实验数据，视频，以及LK-99的合成制作门径，况兼合成门径尽头浅易。

具体的操作技艺是先把氧化铅和硫酸铅粉末按照1:1的比例混杂，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路加在密封管中，在10的负三次方托的真空度下混杂，用550°C加热48小时得到磷化亚铜。

终末把照旧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的比例混杂，相似置于真空度为10的负三次方托的密封管中，加热至925°C，保捏温度10小时，这样就不错合成出一种改性铅磷灰石晶体，也便是掺杂了铜的铅磷灰石，这便是实验的最终制品LK-99。

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

因为LK-99制作的门径浅易，险些在职何一个大学的实验室齐不错结束，于是各大筹商机构、高校运转尝试制作，很快就生效合成出了实验样品并对它们进行了检测。

检测的表情便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，相等于考据了它具有迈纳斯效应，也便是抗磁性，然则至于“零电阻”表象，目下还莫得不雅测到。

北京航空航天大学筹商团队对合成的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，施展出的施展出特征雷同半导体，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、金智勋筹商团队建议要求，让他们提供样品来进行审核。

固然韩国筹商团队开心会提供样品，然则却莫得给出具体的时分，只说在半年之内，鉴于以上各样，韩国超导协会示意，并不复旧将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

咱们照旧知谈了，所谓的超导体便是在某一种情况下，大致超等导电的这样一种物资，超比及完全莫得电阻时，那么无论何等远的输送、何等复杂的使用环境，它的电损耗齐是零。

在咱们今天的生涯中，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尽头迫切，最常见的导线材料是铜就照旧有着尽头惊东谈主的导电率了。然则淌若有了超导体之后，无论距离何等远处，电阻齐是零，电损耗亦然零，是以就不错在最妥当的处所配置发电厂，以致连风能、太阳能这些清洁能源齐不错更好的愚弄。

而除了电力输送除外，超导相似也不错被应用在电力的存储上头，比如咱们日常生涯顶用到的无论是家用电器、新能源汽车、乃至手机、电脑，他们用到的电板齐带有损耗。

淌若不错用超导体制成电板，那么电力将会被永久保捏，无论使用多久齐不会被销亡，不错完全愚弄，电力能源就此不错打破时分、空间的镣铐，重组出一整套的完整新系统，让东谈主类精致在日常的生涯中完成一个质的飞跃。

天然了，这样一来那些依靠目下电力产业链赢利的东谈主，无论是出产煤炭的、作念电线的、造发电厂的，他们将会面对通盘行业的改良，以致会有许多东谈主因此失去使命。

然则这便是东谈主类精致进化的标的，因为电力损耗减少，那么污辱就会减少，因此超导体亦然通盘电力系统最联想的东西，淌若领有了它，那么通盘电力系统就无缺了。

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，这便是愚弄了它的抗磁性，目下咱们熟知的高铁，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办法，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，从北京到上海只好半个小时。

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，超导体还不错用于计较机芯片范畴，因为咱们目下的电脑芯片在在运作时会产生无数热量，因此在打算的时候需要研讨到散热功能。然则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，那么就不错平日打算芯片的结构和大小，这样无论是算力照旧造型上，齐将打破咱们目下物理寰球对计较机的一些收尾。

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范畴包括可控核聚变、核磁共振，以及被称为是下一个纪元的量子计较期间。

尾声

在东谈主类精致发展的历史上，资格了数次的工业翻新：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、电子计较机生物工程等发明和应用为主要标记的科技期间。

东谈主类每一次资格过新的翻新之后，齐会极地面晋升全社会的出产服从，最终结束了从传统农业社会转向当代工业社会的革新，使通盘东谈主类精致相貌发生了地覆天翻的变化。

咱们现在则是处于第四次工业翻新，它涵盖了东谈主工智能、物联网、大数据、自动化、生物本事等多个范畴，强调数字本事和物理本事的交融。因此也被称为\"数字翻新\"或\"智能翻新\"。

而对于超导材料的筹商与开采，毫无疑问是第四次工业翻新的迫切课题，淌若室温超导本事成为履行，咱们的改日将会打破现在悉数的贯通。

瞎想一下：咱们在在家中不错睡在一张飘摇在空中的床上，生涯顶用到的悉数电子居品，不再需要充电，当咱们走出房间，看到的是漫天飘摇的城市、汽车，而这一切的能源开端，全部是清洁的风能、太阳能，以致是由原料充足、性能优异、安全可靠的可控核聚变产生。这将会是一幅何等微妙的生涯画面。

固然这些看起来离咱们很远，因为无论是LK-99，照旧别的室温超导本事，目下还处于筹商和开采阶段，然则我顺服所干系于超导的遐想画面，改日齐将结束，因为这是东谈主类精致进化的势必终结。

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，让咱们下期邂逅。

（全文完，谢谢不雅看，图片来自收罗）公众号：墨代王朝