不管最终LK-99被证明是不是室温常压超导材料,韩国人给超导领域都会留下非常深刻的影响。其实超导这个领域的新发现,虽然有一定的规律可循,但运气的贡献还是占据很大成分的。这就不得不提中国在这个领域的地位了,中国投身于超导领域研究的科研工作者队伍应该是世界上最大的,这些年的成果也是非常丰富的,有很多世界首创的成绩。
说实在的,中国在超导领域取得突破性成果是必然的,虽然不一定能成为最早发现室温超导的国家,但在超导领域的一些突破性贡献中,一定离不开中国学者的身影。之所以这么自信,就是因为新材料的发现具有一定的偶然性,需要在数以千万甚至上亿种物质中去筛选,这绝对不是某一个人可以独立实现的,在没有分工合作的情况下,某一个人随机拿到突破性发现的概率不会高于得到彩票头奖的概率。
(资料图)
但是放大到一个国家的话,只要参与人员够多,并有一定分工的话,得到突破性成果的概率就会大大提高。毕竟中国已经有了现成的成功案例,中国诺贝尔奖获得者屠呦呦的科研成果就是大批量有目的筛选的结果。同样的事情发生在超导领域并不稀奇。毕竟中国绝大多数科研型高校,都有专门的超导领域科研团队,普通高校往往也都有相关领域的研究人员,再加上那些实力强大的科研院所以及实力越来越强的企业研发队伍,这些是中国超导不断突破的最大底气。中国在超导领域有一批世界顶级的专家,在超导领域的话语权非常大,也拥有世界最先进的科研设施,这些是中国在超导领域永不落伍的实力保障。
中国在这里的优势就是人员多、基础好、投入高。相比较韩国来说,中国在超导领域的布局是非常宏大的,跟美国、日本等超导强国比也不逊色,甚至更有优势。正是这样的实力打底,中国在超导领域的成果不断,相对于韩国“室温常压超导”这样的偶然性成果来说,中国在超导领域的成果遍地,也更贴近实际。我们简单列举几个中国近期的新发现。
2023年6月,中国科学技术大学宣布发现了超导转变温度最高的单元素超导体。虽然人类已经在高温超导领域越走越远,超导转变温度早就已经突破了160K(-113℃),但是几乎所有高温超导体都是具有复杂的化学结构,化学成分也非常复杂,在工业化生产和性能发挥上具有一定的局限性。性能优势最大的超导体还应该是简单结构超导体甚至单一元素超导体。世界上最大的对撞机和世界上最大的核聚变装置,以及医院高端的核磁共振设备,往往不会选择高温超导体,而是选择成分、结构比较简单的低温超导体,因为这类超导体超导性能更加优越,支持的电流密度更高。
这样你也就能理解中国单元素超导体发现的意义了。元素周期表上已经发现了118种元素,其中50余种已经发现了超导性,但是绝大多数都是在接近绝对零度的温度范围内才能实现超导。中国团队却发现钪元素在高压环境下转变温度可以达到36K,是目前为止发现的超导转变温度最高的元素。钪元素本身就是金属元素,而且可以实现36K的超导转变温度,这是一个很不错的成绩。
未来如果有一天人类可以更容易轻松实现并维持高压环境,纯金属的超导材料还是非常有潜力的。当然,根据理论预测,氢元素在高压环境下可以变成金属氢,金属氢是理论上存在的室温超导元素,只是到目前为止人类还没有办法真正得到稳定的金属氢。但不管怎么说,高温超导金属元素的潜力还是很大的,超过现有的复杂结构高温超导材料。当然中国的这项发现为人类在简单体系中发现高温超导材料提供了新思路。
韩国的室温常压超导论文虽然在世界范围内引起了轰动,但相关论文被世界顶级期刊《自然》给拒稿了。而中国中山大学研究团队的超导论文却在2023年7月刊登在了《自然》杂志上,而且获得了审稿人的高度评价,被认为是开创性的成果。
传统上能达到液氮温区的高温超导材料主要是铜氧化物高温超导体,也就是能在液氮环境中实现超导的材料基本上都是铜氧化物这类物质,包括现在应用最广的YBCO超导体。换句话说,现在大家都在沿着铜氧化物这条路线在发现新的高温超导体,去刷新最高超导温度。但是中国中山大学团队却开辟了一条全新的路线,使用不含铜的镍氧化物得到了能在液氮中超导的新物质。这条全新的路线,给大家发现全新系列的超导体提供了线索,未来可能会引导出一大串的全新高温超导体来。
更重要的是,人类对于液氮温区高温超导体的超导原理至今还不太清楚,大家都在围绕铜氧化物的结构特征来分析。中国发现的镍氧化物高温超导体,结构特征跟铜氧化物完全不一样,而且电子结构和磁性也完全不同于传统液氮超导化合物。这为人类完全解开超导原理提供了全新的线索,让人类距离揭开超导原理之谜更近了一步,也为人类预测新的超导材料提供了新的思路,绝对是开创性的成果。
此外,在高温超导领域,中国的科研水平一直紧跟世界最前沿,超过液氮温度达到更高温度冷却剂温度范围的高温超导体一直都有中国的贡献。更高温度范围的超导体会带来更多的机遇。
最值得一提的是能达到112K(-161℃)的高温超导体,已经迈入了液化天然气温度范围。虽然液氮的温度比液化天然气成本更低,但维持液氮温度的成本要比维持液化天然气温度要高不少,而且液化天然气完全可以捎带脚充当冷却剂。随着中国环境改善力度的不断加大,天然气的用量越来越大,未来会有大量液化天然气管道修建来满足全国天然气供应。如果中国能利用好这个资源,把液化天然气管道直接改造成超导电缆的冷却管道,那就可以同时实现天然气的远距离传输和电力的远距离高效传输,同时还节省了单独修建超导电缆输送管道的成本和购买冷却剂的成本。
这样的革命性改进,别人也许只是想想,中国却把他变成了实践。2021 年由中国电力科学研究院有限公司牵头的世界首个电力与液化天然气混输超导直流能源管道样机完成 24 小时满负荷运行试验。这项实践也属于开创性的成果,不仅仅是用液化天然气冷却超导电缆是开创性的,超导直流输电也属于是前沿实践。传统的高温超导电缆往往都是输送交流电,虽然电缆本身没有电阻不会消耗电能,但交流电会辐射电磁波,辐射的过程中也是损耗能量的,换成直流电就可以进一步减少能源损耗。在世界范围内,直流超导输电也是难题,中国在这方面进行突破也是值得记录的。
韩国的室温常压超导,目前有很大的可能性是存在问题的。但根据现有的专业分析来看,韩国团队应该没有在研究数据上弄虚作假,只是专业性上存在一些问题,换句话说,实验设计、实验设备、数据分析以及论文撰写上存在一些不够专业的问题。在复现LK-99实验的潮流中,中国团队的专业性还是得到了充分的体现的。从专业性上,中国专家还是明显超过韩国室温超导基础团队的。就算将来证明LK-99真能实现室温超导,也需要得到像中国专家这样的业内同行认可才行。
中国东南大学团队在成功合成出LK-99的背景下,通过实验没有发现LK-99的室温超导性,但却也发现了这种材料的特殊性,能在110K常压下实现零电阻。如果最终被证实是超导性的话,那这种材料也是很出色的高温超导材料了,毕竟超导临界温度已经很接近液化天然气的温度了。在此基础上,这种材料还有很大的研究前景,毕竟为超导材料的开发提供了全新的思路。
当然,如果LK-99在超导领域是非常有潜力的一种新物质的话,那后续肯定会有大量新的成果出现,包括类似物质的发现。但是作为这种结构的初步发现者韩国团队恐怕不太可能在这方面有太多的成果出现,毕竟单一团队的力量太有限了。相反,预计中国遍布各地的超导研究团队却可以在这方面不断深入下去,获取越来越多的科研成果甚至应用成果。这就是业界大佬的力量。
虽然中国在很多传统领域处于追赶状态,但在高温超导领域话语权还是很大的,未来中国引领超导研究和应用还是大概率的。所以中国就是超导领域的隐藏大佬。
标签: