《阿凡達(dá)》里有一種“Unobtanium”室溫超導(dǎo)礦石，可以讓一座座大山懸浮在空中。這同樣是眾多從事超導(dǎo)研究的科學(xué)家們的終極夢(mèng)想，尋找到可實(shí)用化的室溫超導(dǎo)材料。

十多天前， 韓國(guó)科研團(tuán)隊(duì)等人員宣稱一種銅摻雜鉛磷灰石材料“LK-99”具有室溫超導(dǎo)性能。目前中美俄等多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)正在嘗試驗(yàn)證其實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

【資料圖】

8月1日，華中科技大學(xué)宣布成功復(fù)現(xiàn)磁懸浮的“LK-99”晶體。該晶體懸浮的角度比韓國(guó)量子能源研究中心獲得的樣品磁懸浮角度更大。

當(dāng)日，A股市場(chǎng)上超導(dǎo)概念股永鼎股份、百利電氣漲停；美股美國(guó)超導(dǎo)收漲60%，近5個(gè)交易日，該股累計(jì)上漲約130%，目前股價(jià)已接近近三年高位。

- 來(lái)源：東方財(cái)富-

米磊認(rèn)為，超導(dǎo)之于能源領(lǐng)域就是半導(dǎo)體之于信息領(lǐng)域，過(guò)去60年的信息革命依靠的是半導(dǎo)體材料的突破，未來(lái)60年的能源革命依靠的是超導(dǎo)材料的突破。

小飯桌第一時(shí)間邀請(qǐng)了 上海交通大學(xué)教授、翌曦科技創(chuàng)始人、國(guó)家能源智能電網(wǎng)研發(fā)中心副主任、上海市高溫超導(dǎo)材料與系統(tǒng)工程研究中心主任金之儉，在小飯局Pro上分享了超導(dǎo)材料的發(fā)展歷程及未來(lái)圖景，吸引了上萬(wàn)人在線參與。

金之儉指出“LK-99”之所以關(guān)注度高，因其制備工藝比較簡(jiǎn)單，而且能在室溫、常壓下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。但韓國(guó)的常溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)演示了超導(dǎo)體的懸浮現(xiàn)象，但超導(dǎo)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)還不夠嚴(yán)謹(jǐn)，需要進(jìn)一步的復(fù)核驗(yàn)證。

作為翌曦科技種子輪的領(lǐng)投方，中科創(chuàng)星自2022年起布局超導(dǎo)領(lǐng)域，其創(chuàng)始合伙人米磊同樣對(duì)小飯桌指出，室溫超導(dǎo)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，還沒(méi)有被完全驗(yàn)證，之所以遲遲沒(méi)有實(shí)現(xiàn)突破，是因材料體系較為復(fù)雜，國(guó)內(nèi)賽道才剛剛起步。

超導(dǎo)材料的從0到1

想要理解這一發(fā)現(xiàn)的重要意義，金之儉教授梳理并回顧了超導(dǎo)的發(fā)展歷程。

超導(dǎo)是指一種材料在低溫下電阻突然變?yōu)榱愕默F(xiàn)象。

1911年2月，荷蘭科學(xué)家昂納斯將汞Hg的溫度降低至稍低于4.2K時(shí)，即接近絕對(duì)零度（-273.15℃），汞的電阻突然消失表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)。昂納斯也因超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，于1913年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

自從昂里斯發(fā)現(xiàn)汞的超導(dǎo)特性后，物理學(xué)家們 幾乎把元素周期表里所有的金屬翻了遍，尋找有可能的超導(dǎo)元素。 具有超導(dǎo)特性的材料有成千上萬(wàn)種，但是真正能夠?qū)嵱玫某瑢?dǎo)材料沒(méi)超過(guò)十種。超導(dǎo)材料能否實(shí)用不僅要有合適的臨界溫度、臨界電流密度和臨界磁場(chǎng)，還要看這個(gè)材料的機(jī)械特性、制備難度和成本等多個(gè)因素。

物理學(xué)家們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)很多金屬化合物同樣是超導(dǎo)材料，但超導(dǎo)材料的臨界溫度仍沒(méi)辦法突破30K，似乎有個(gè)看不見(jiàn)的天花板，稱之為麥克米蘭極限。

超導(dǎo)材料真正走到產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用是國(guó)際核聚變實(shí)驗(yàn)堆項(xiàng)目ITER計(jì)劃。我國(guó)加入ITER計(jì)劃后，完成了自主制備低溫超導(dǎo)導(dǎo)線，孕育了當(dāng)前科創(chuàng)板明星企業(yè)——西部超導(dǎo)。低溫超導(dǎo)材料由ITER項(xiàng)目拉動(dòng)已形成很大產(chǎn)業(yè)，如核磁共振加速器等都是低溫超導(dǎo)材料的產(chǎn)物。

多年的探索一直沒(méi)有突破麥克米蘭極限，科學(xué)家不得不另辟蹊徑尋找新的超導(dǎo)材料。瑞士IBM公司工程師柏諾慈和繆勒研究過(guò)渡金屬氧化物的導(dǎo)電性，在一堆絕緣陶瓷材料里尋找超導(dǎo)體，多年的努力終于發(fā)現(xiàn)在鋇鑭銅氧化物體系可能具有超導(dǎo)電性，并且找到了明確的零電子效應(yīng)，突破了麥克米蘭極限。

1987年2月，我國(guó)趙忠賢院士和美國(guó)科學(xué)家朱經(jīng)武幾乎同時(shí)發(fā)現(xiàn)釔鋇銅氧（YBCO）92.8K轉(zhuǎn)變溫度，液氮溫區(qū)超導(dǎo)材料由此產(chǎn)生。

目前大規(guī)模量產(chǎn)的仍是YBCO高溫超導(dǎo)帶材制備技術(shù)，約90%成分是銅和不銹鋼基帶，原材料成本并不高，超導(dǎo)帶材成本主要取決于性能水平、成品率和量產(chǎn)水平，未來(lái)成本下降空間巨大。

這種超導(dǎo)材料在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，比如 磁懸浮列車、MRI、核聚變等。但由于目前超導(dǎo)材料只在極低溫度下才能實(shí)現(xiàn)這種電性，限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的范圍。

室溫傳導(dǎo)的復(fù)現(xiàn)和質(zhì)疑聲

韓國(guó)室溫超導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)也引起多方質(zhì)疑，而該研究團(tuán)隊(duì)的成員表示，論文存在缺陷，系團(tuán)隊(duì)中的一名成員擅自發(fā)布，目前團(tuán)隊(duì)已要求下架論文。

在華中科技大學(xué)宣布復(fù)現(xiàn)成功同時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員表示晶體雖然存在抗磁性，但比較弱，也沒(méi)有所謂的“零阻”，整體表現(xiàn)就像是半導(dǎo)體曲線。如果算具備超導(dǎo)相，也是微量的超導(dǎo)雜質(zhì)，無(wú)法形成連續(xù)的超導(dǎo)通路。

- 圖中黑點(diǎn)部分即為復(fù)現(xiàn)“LK-99晶體”-

（圖源：B站up主“關(guān)山口男子技師”視頻節(jié)選）

而此前北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院劉知琪教授團(tuán)隊(duì)在arXiv上提交的論文顯示，他們根據(jù)韓國(guó)團(tuán)隊(duì)公布的方法合成了LK-99，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其具有超導(dǎo)性。

金之儉指出，從數(shù)據(jù)上看，目前韓國(guó)“LK-99”晶體并不能確定是完全的超導(dǎo)材料。 一方面，確認(rèn)材料需要做大量的驗(yàn)證工作，目前應(yīng)該還沒(méi)有被完整確認(rèn)。另一方面，即使該材料具有超導(dǎo)性，并不能立刻拿來(lái)實(shí)用。

上海市超導(dǎo)材料及系統(tǒng)工程研究中心主任、超導(dǎo)應(yīng)用研究專家洪智勇表示，從韓國(guó)團(tuán)隊(duì)公布的論文來(lái)看，其測(cè)試手法與目前的超導(dǎo)材料驗(yàn)證試驗(yàn)存在差異，且測(cè)試方法和數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式過(guò)于粗糙，難以證實(shí)材料是否真的具有超導(dǎo)性質(zhì)。

實(shí)際上超導(dǎo)材料需要具備兩大特性： 零電阻效應(yīng)和邁斯納效應(yīng)。邁斯納效應(yīng)是超導(dǎo)體從一般狀態(tài)相變至超導(dǎo)態(tài)的過(guò)程中對(duì)磁場(chǎng)的排斥現(xiàn)象，或稱抗磁性。目前韓國(guó)“LK-99”晶體的超導(dǎo)特性還沒(méi)有嚴(yán)格展現(xiàn)并真正驗(yàn)證。

室溫超導(dǎo)若實(shí)現(xiàn)會(huì)發(fā)生什么

如果此次常溫超導(dǎo)材料成功，將深刻影響能源、交通、醫(yī)學(xué)、軍工等眾多領(lǐng)域。所有和電相關(guān)的產(chǎn)品都將迎來(lái)變革。發(fā)電端一旦實(shí)現(xiàn)可控核聚變，能源問(wèn)題將得到徹底解決；輸電端，超導(dǎo)電纜將替代特高壓輸電；用電端，功率密度更大、更節(jié)能的電機(jī)廣泛應(yīng)用；磁懸浮列車將大行其道；醫(yī)療領(lǐng)域，核磁共振將會(huì)更靈敏、更普及?？梢韵胂蟮目臻g還有很多，科幻小說(shuō)里的很多場(chǎng)景都可以呈現(xiàn)。

有投資者表示今年頻繁出現(xiàn)室溫傳導(dǎo)的研究成果，與產(chǎn)業(yè)資源傾斜相關(guān)，韓國(guó)人的實(shí)驗(yàn)成功并非偶然。米磊同樣指出國(guó)外賽道已經(jīng)熱起來(lái)了，但國(guó)內(nèi)的賽道才剛剛起步，標(biāo)的較為稀缺，未來(lái)五年內(nèi)都可繼續(xù)關(guān)注室溫超導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)展。

發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)材料只是第一步，金之儉認(rèn)為發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)材料是非常大的突破，但找到能夠大規(guī)模實(shí)用的室溫超導(dǎo)材料還有很遠(yuǎn)的路要走。

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