近日,韩国实验室公布的LK-99常温超导技术成功突破,标志着超导材料在高温、常压下的实现跨越。这一消息引起了广泛关注和热议,只需要等待最多一个星期,如各国科学家能成功复现,大家就能见证新的历史,一旦证明材料真实,第四次革命就此诞生。
超导是指某些材料在低温下遇到电流时可以表现出完全零电阻的特性,而且在一定的条件下具有常规导体完全不具备的电磁特性,因而在电气与电子工程领域具有广泛的应用价值。
早在1911年,荷兰物理学家H·卡茂林·昂内斯发现汞在温度降至4.2K附近时就会突然进入一种新状态(1 K=-272.15℃),其电阻率下降了几个数量级,小到实际上测不出来,他把汞的这一新状态称为超导态。但这个温度是极低的,非常难以实现实际应用。而随着科学技术的发展,人们陆续发现了其他超导材料,并不断将超导温度提高到了77K左右,也就是液氮温度。这个温度对于科研应用来说还算方便,但要实际应用到现实生活中就比较困难了。因为77K的液氮还需要存储、运输、使用等等问题。所以,人们就一直在寻找更高温度下的超导材料,以期实现更广泛的应用。
经历了100多年的研究,人们已经发现了很多超导体。按照超导体的临界温度,可以将超导体分为低温超导体和高温超导体。临界温度低于25K~30K超导体为低温超导体,临界温度高于25K~30K超导体为高温超导体。目前,基于低温超导材料的应用装置一般工作在液氦温度,基于高温超导材料的应用装置一般工作在液氢温度(约20K)至液氮温度(约77K)之间。
超导材料按其化学成分可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷。
①超导元素在常压下有28种元素具超导电性,主要是铌和铅。②合金材料超导元素加入某些其他元素作合金成分, 可以使超导材料的全部性能提高。如最先应用的铌锆合金,铌钛合金。③超导化合物超导元素与其他元素化合常有很好的超导性能。如已大量使用的铌三锡,其他重要的超导化合物还有钒三镓,铌三铝。④超导陶瓷1986年米勒和贝德诺尔茨在镧-钡-铜-氧化物中发现了超导电性。1987年,中国、美国、日本等国科学家在液氮温区条件下,在钡-钇-铜氧化物中发现超导电性,使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料。
假设常温超导真的实现了,会对未来的能源格局和科技发展带来哪些变化?如果这种技术被实现,将能彻底改变我们的能源格局和科技形态。因为超导材料具备超强的输能和储能能力,能够实现高效、安全、环保的电力输送。
首先人类所有的电机都要换新的,用超导材料做成的电机效率将远远高于目前的产品,重量和体积都会大减,没有发热和能量损耗现象,功率也会暴增2~3倍,目前的产品完全没有任何的可比性,只能被全体淘汰。你所能想到的所有和电有关的设备,如电动机,发电机,变压器等等,使用超导材料后性能都会暴增。还有电线,尤其是长距离输电,如果能用超导材料导致电阻消失,那对整个人类电网带来的性能提升简直是可怕。还有电磁弹射,电磁武器,磁悬浮轨道交通等,要么性能暴增,要么体积大减,超导体给所有用电的设备带来的都是质变。而在电网方面,超导电缆可以大量节省建设成本、避免能量损失,并大幅提高电力传输的效率和可靠性。1毛钱一度电的时代也会到来。
不仅如此,常温超导技术还将对世界的电力系统、交通运输、通讯、医疗等领域产生深刻影响。这次超导体技术革命受益的会是所有人,从富豪到贫民都会因此得到生活水平的飙升,区别只是蛋糕谁吃得多而已,但都能得到一块蛋糕,就和以前人类的历次技术革命一样。所有用电的设备性能都会飞升,所有和电相关的公司都会受益,所有生活在电气化社会的老百姓都会因此得到收入和生活水平的大幅增长。将常温超导技术运用到新能源汽车领域,也将会将该产业推动到一个新的高度。如果能用常温超导材料来制造新能源汽车的电池,性能简直不敢想。超导材料可以大大增加储能密度,进而延长续航里程,在未来充电3分钟,行驶3000公里再也不是梦。同时也能极高的储存电能,电力的损耗也会降低。这对于新能源汽车的节能环保和资源利用率的利用都有重要意义,推动新能源汽车产业更好发展更大普及。
换而言之,许多领域中的技术发展都需要依托超导材料,以实现更高效、更安全、更环保、更节能的效果。所以,可以说,常温超导技术的实现将对未来的世界造成巨大的正面影响。基本上,就是科幻世界描绘的场景在人间复现。不可否认,常温超导技术的实现之路充满挑战和风险。它的成功与否,将对我们的未来产生深远的影响。尽管技术发展有风险,但是只有跨越风险,才能成就非凡的技术。相信科学家们会在不断的研究中,迎来新一代黄金时代的到来。