华南电子展|超导技术探索：下一个改变文明走向的技术革命？

 

超导是指材料在一定温度条件（一般为较低温度）下电阻变为零的现象，超导电性从被发现至今已有百年的历史，已经成为物理学的重要分支。此外，与超导相关的诺贝尔奖也已经被授予过五次，超导材料应用已经在很多方面发挥出不可替代的作用。今天就由华南电子展小编为你解读更多行业新趋势。

 

早期研究以低温超导材料为主，高温超导材料目前也已经在电力、医疗、交通运输等行业得到应用与发展。但是，超导的规模化应用还远没有实现，特别是铜氧化合物高温超导和铁基超导的机理仍未明确。因此，科研工作者还在努力，在探索超导材料方面继续创新。近，超导又一次成为科学圈的热门话题。

 

1、超导到底是什么样的材料？

 

先从电开始说起，现在的社会实际已经离不开电了，电在未来是不可或缺的资源，但我们在用电的过程中会产生电的损耗。比如用高压输电的方式把发电厂的电输送到家里，长距离输送后电损耗了 15% 以上。大家不要小看这 15%，如果把这 15% 节约下来，现在的能源也许可以多用 50 年、上百年，我们的子孙后代也许能够更好地利用资源，也许我们可以度过地球的能源危机。

 

所以如何善用电呢？这就要借用超导材料。超导就是超级导电，这种材料的导电性非常好，以至于它的电阻是零，也就是说电流在流动的过程中是是零损耗的，所以说超导材料是让电流更加有效的一种方式。

 

个发现的超导材料是金属汞，就是常说的水银，它的超导温度很低，大概在 4.2K，零下 269 度。很多金属材料都是超导材料，现在用的电线中作为导线的铝就是超导体，但它在室温下不超导所以存在一定的损耗。如果把电线换成超导材料，就可以让电跑得更快跑得更好。

 

2、超导材料对科学非常重要

 

比如大家总觉得粒子物理学家跟我们做凝聚态物理的好像没什么关系，但实际有很大关系。因为粒子物理学家或者高能物理学家，能帮助我们认识人类的未知限和从来没有达到的能量尺度，帮助我们看有没有新的世界出现。

 

这需要造大型的粒子加速器、对撞机，要把基本粒子撞碎找更基本的粒子，甚至找更复杂的物理的机制。造大型的对撞机把粒子加速到人类前所未到的能量尺度就需要借助超导材料，因为超导材料是零电阻的并能提供非常强大的磁场，这种非常强大的磁场是加速粒子的重要的工具。

 

在欧洲的大型强子对撞机叫 LHC，希格斯粒子就是在那里发现的，上面有多少个超导磁体呢？一共有 9300 个超导磁体，如果没有超导磁体粒子物理学家基本上什么活也干不了，所以超导对基础科研非常重要。

 

3、超导对未来的能源也非常重要。

 

地球上所有的能源都来自太阳，太阳是一个巨大的核聚变的气球，它的温度特别高，表面的温度有几十万摄氏度，内部的温度几千万甚至上亿摄氏度。 如果在地球上造一个所谓的人造太阳，也许地球上的人就不用再依赖化石燃料能源了，想象很美好当然实践起来非常困难。

 

但是太阳这么高的温度拿到地球上怎么办？我们没有任何容器能装这么高温度的东西，因为一碰它都会气化，那怎么实现呢？

 

借助超导体提供的强大的磁场约束太阳里主要的高温等离子体，不让它跟任何东西接触使它周围都是真空，热量传不出来我们就比较安全，就可能实现人工的可控的热核聚变，学名叫做托卡马克，又叫人造小太阳。

 

在中国我们就有好几个人造小太阳，其中在合肥的科学岛上我们有个全超导的托卡马克。在欧洲我们正计划着要建造一个非常大的，叫做国际热核聚变装置，也叫做 ITER，据说这个装置完全运行就可以实现把一个国家的电全部解决，而人造太阳需要超导。

 

“我们每一位都有可能见证量子时代的到来！”

 

说到超导非常容易想到的是科幻，在科幻电影《阿凡达》里有座悬浮的大山，悬浮是因为山里藏着神奇的矿石，这个矿石在那个星球的环境下就是室温超导材料。

 

大家不要觉得那只是科幻，其实在现实中完全可以实现。如果把一块超导磁放到一个大概 0.5 特斯拉的磁场里，就可以完全悬浮起来。这就利用了超导材料非常重要的磁性质，又叫完全抗磁性。一方面超导体一旦变成超导态，这个材料就像有金钟罩铁布衫一样，磁场进不去而磁中心会绕着它走。另一方面非常重要的是超导体还能锁住一部分磁场，磁力线能进去一部分，意味着磁场对超导材料有一定的约束力。

 

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文章来源：络绎科学