什么是超导
百度解释:
超导,指导体在某一温度下,电阻为零的状态。在实验中,若导体电阻的测量值低于10-25Ω,可以认为电阻为零。
2023年6月,科学家发现了超导体硒化铁转变为超导状态的新机制。
风清扬解释:
超导指的是材料在某温下,电阻变为零并且具有完全的电流传导能力的现象。当材料的温度降低到临界温度以下时,超导性就会出现。
在超导状态下,电子可以无阻碍地通过材料,形成一个电流环路,而不会有任何能量损失。这样的特性使得超导材料在电力输送、磁共振成像和粒子加速器等领域具有重要应用价值。超导技术的发展也在不断推动着科学和工程领域的进步。
事件发酵起因:
韩国造出世界首个室温超导体?127 度实现超导,复现即锁定诺奖
室温常压超导,又被人突破了?
这次,是韩国科学家。他们声称发现世界首个室温常压超导体 —— 改性铅磷灰石晶体结构。韩国科学家表示,他们在全世界首次用化学方法合成了室温常压超导体 ——LK99(改性铅-磷灰石)。
尽管人类很早就知晓物质的性质源于它的结构,但迄今为止,我们发现的影响超导体产生超导性的两个主要因素,是温度和压力。
它们通过引起应力使材料中的结构发生微小的变形和应变,从而为超导创造电子状态。
而 LK-99 的超导性是由微小的体积收缩(0.48%)导致的结构形变引起,不是由温度和压力等外部因素引起的。
通过临界温度(Tc)、零电阻率、临界电流(Ic)、临界磁场(Hc)和迈斯纳效应,都可以证明 LK-99 的超导性。
超导低温多少度条件能实现
超导是指某些材料在低温下电阻变为零,电流可以在材料内部无损耗地流动。要实现超导,通常需要将材料冷却到临界温度以下。
临界温度是指超导体开始表现出超导性质的温度阈值。不同的超导材料具有不同的临界温度,临界温度越低,所需的低温条件越极端。
目前已知的最高临界温度是采用铜基复合氧化物超导体材料(例如铼钇铜氧化物)实现的,其临界温度约为-135摄氏度。这一温度可以通过液氮冷却来实现。
而对于常见的金属超导体,如铝、铅等,它们的临界温度通常在几个开尔文(Kelvin)到几十开尔文之间,需要更低的温度条件才能实现超导。
低温超导与常温超导的区别
低温超导和常温超导是指超导材料所表现出的超导性质发生的温度范围不同,具有以下区别:
温度范围:低温超导是指在较低温度下(通常在几个开尔文到几十开尔文之间)材料表现出超导性质;而常温超导是指在接近或高于室温的条件下(通常超过100开尔文)材料仍能保持超导性质。
材料特性:低温超导主要通过金属超导体实现,如铝、铅等,在低温下,电流可以在这些超导体内部无损耗地流动。常温超导则主要利用复合氧化物超导体,如铜基、铁基等材料,在相对较高的温度下展现超导性质。
冷却方式:低温超导需要采用极端低温冷却剂,如液氮或液氦,以将超导材料冷却至其临界温度以下。而常温超导则无需采用如此极端的冷却方式,可以在相对温暖的环境中运行。
常温超导能实现吗
目前常温超导是一个非常有潜力的领域,但尚未实现可靠和高温的常温超导材料。常温超导是指在常规温度下(如室温)能够表现出零电阻和完全排斥磁场的超导性质。传统的超导材料需要极低的温度(接近绝对零度)才能显示出超导特性。
目前科学界正在努力寻找适用于常温超导的材料和机制。许多理论和实验研究正在进行,以了解高温超导的基本原理和可能的应用材料。虽然已经取得了一些进展,例如在铜氧化物(cuprate)和铁基超导体方面,但仍然存在着挑战。
要实现常温超导,需要发现或设计出具有高临界温度(即超导转变温度)和良好电输运性质的新型材料。这需要深入了解材料的电子结构、晶格相互作用和自旋动力学等方面的复杂性。
虽然目前还没有达到稳定的高温常温超导,但对于未来能否实现,我们仍然充满期待。有更多科学家和研究人员致力于这一领域,未来可能会出现突破性的发现和创新,为实现常温超导铺平道路。
改性铅磷灰石晶体结构LK99(改性铅-磷灰石)可以用于常温超导
改性铅磷灰石(perovskite)晶体结构是目前研究的一个热门方向,被认为具有潜力应用于常温超导。铅磷灰石是一种特殊的晶体结构,由正方晶格和ABX3的化学组成构成,其中A和B是金属离子,X是阴离子,通常是氧离子。
一些研究表明,通过在铅磷灰石结构中引入不同的元素或对晶格进行调制,可以改变材料的电子结构和超导性质。例如,在一些铜氧化物(cuprate)超导体中,通过替换铜位的离子和调控晶格畸变,可以显著提高临界温度。
近年来,一些改性铅磷灰石材料在超导领域取得了一些有希望的结果。例如,钙钛矿结构的铁基超导体(iron-based superconductor)就属于铅磷灰石结构家族的一员。这类材料具有较高的临界温度以及与铜氧化物超导体相似的电子结构特点。
然而,要实现稳定的常温超导,仍然面临许多挑战。改性铅磷灰石材料的超导性质受到很多因素的影响,包括元素组成、晶格畸变、电子自旋排列等。此外,改性铅磷灰石材料的制备和控制也是一个复杂的问题。
因此,虽然改性铅磷灰石材料在常温超导领域具有潜力,但目前仍需要更深入的研究和技术突破才能实现稳定和高温的常温超导。科学界需要进一步探索并理解这一领域的基本原理,并开展更多的实验和理论工作,以寻找适合常温超导应用的材料和方法。
超导的材料有哪些
超导材料主要分为以下几类:
低温超导材料:包括铜氧化物(例如YBa2Cu3O7-x,缩写为YBCO)、铀化合物(例如UPt3)、镧系铁基超导体(例如LaFeAsO1-xFx)。这些材料需要在非常低的温度下才能实现超导。
传统超导材料:包括铅(Pb)、锡(Sn)、汞(Hg)等。这些材料在相对较低的温度下(通常在室温以下)就能实现超导。
铁基超导材料:铁基超导材料是一类近年来发现的新型超导材料,其结构中包含铁元素。常见的铁基超导材料有钇铁基(例如NdFeAsO1-xFx)、碱土金属铁基(例如Ba1-xKxFe2As2)等。
铜氧化物超导材料:铜氧化物超导材料是最常用的高温超导材料,具有较高的临界温度。除了YBCO之外,还有其他铜氧化物超导材料如Bi2Sr2CaCu2O8+x(BSCCO)和HgBa2Ca2Cu3O8+x等。
铜基超导材料:铜基超导材料是指除了铜氧化物以外的其他含有铜元素的化合物。其中最常见的是镍基高温超导材料(例如La2-xSrxCuO4)和铜硫系列化合物(例如CuS、CuS2等)。
常温超导的颠覆性革命
常温超导是指在接近室温下实现超导的现象。传统的超导材料需要非常低的温度(通常在绝对零度附近)才能展现超导性质,这限制了超导技术的应用范围。
如果能够在接近室温的条件下实现超导,将会对各个领域产生颠覆性影响。以下是一些可能的影响:
能源传输:常温超导技术将极大地提高电能传输的效率和距离。目前的输电线路存在能量损耗和距离限制,而常温超导技术可以减少能量损失并使得电能传输距离更远,从而推动能源传输技术的革新。
电子器件:常温超导技术的应用可以显著提升电子器件的性能和能效。例如,在芯片设计中,使用超导材料可以减少能量损耗、提高计算速度以及减小体积,从而推动电子设备的发展。
医学影像:常温超导材料在医学成像领域具有巨大的潜力。传统的超导磁共振成像(MRI)需要低温制冷设备,造成成像过程复杂且昂贵。如果能够实现常温超导,将大简化医学成像设备的制造和使用,使得MRI技术更加普及和便捷。
新材料研究:常温超导的发现也将推动新材料的研究领域。科学家们将探索更多新型的材料,并寻求能够在接近室温的条件下实现超导的机制。这将为材料科学带来巨大的突破和进展,从而推动其他领域的创新。
目前,超导技术已广泛应用于磁共振成像(MRI)、能源输电和储能、磁悬浮交通、粒子加速器等领域,并在新能源、超导电子学、量子计算等方面展现出巨大的潜力。随着超导材料和技术的不断发展,相信未来还会有更多令人瞩目的突破和应用出现。
超导发展历程
超导现象的发现可以追溯到1911年,荷兰物理学家海克·卡末林发现,在把汞冷却到低于它的临界温度后,它的电阻突然消失了。这一现象被称为超导现象,引起了科学界的广泛关注和研究。
在随后的几十年里,科学家们对超导现象进行了深入研究,试图理解其背后的原理和机制。到了1957年,物理学家约翰·巴丁(John Bardeen)、伦纳德·库珀(Leon Cooper)和罗伯特·舍里弗(Robert Schrieffer)提出了著名的BCS理论,成功地解释了超导现象的本质。
20世纪60年代和70年代,超导材料的研究进展迅速。1962年,物理学家詹姆斯·马尔茨(James M. Shull)首次发现了铁磁性与超导性的共存现象,这是超导磁体领域的一个重要发现。随后,1973年,J.G.康皮尼奥恩斯基(J.G. Körner)等人发现高温超导现象,即在相对较高的温度下出现超导性。这些发现推动了超导材料研究的进一步发展。
1986年,物理学家袁隆平团队首次在中国实现了高温超导,成功合成了第一种高温超导材料——YBa2Cu3O7-x(常称YBCO),并实现了其超导转变温度达到了90K(摄氏度)。这一突破引发了全球范围内对高温超导材料的研究热潮,并为后续的超导应用奠定了基础。
此后,研究人员不断尝试合成更高转变温度的高温超导材料,并取得了一系列重要的突破。1993年,IBM研究院的科学家们发现了镧铜氧化物(La2-xSrxCuO4)的超导转变温度达到了若干个摄氏度。2001年,日本科学家们发现了铁基超导材料,使得超导材料的研究领域进一步扩展。
2023年3月,物理学界就曾掀起一场轩然大波。来自美国罗切斯特大学的物理学家 Ranga Dias 声称自己在 21℃条件下实现了室温超导 —— 由氢(99%)、氮(1%)和纯镥制成的材料 LNH 在 21°C、1GPa 条件下就实现了超导状态。
2023年7月26日,韩国造出世界首个室温超导体?127 度实现超导,复现即锁定诺奖。未来,全球还会又不断地科研人员尝试研究超导,我们拭目以待。
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