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美科學(xué)家發(fā)現(xiàn)15℃室溫超導(dǎo)材料,刷新世界紀(jì)錄!

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2020-10-18 23:03

1911年,荷蘭萊頓大學(xué)的卡末林-昂內(nèi)斯意外地發(fā)現(xiàn),將汞冷卻到-268.98℃時(shí),汞的電阻突然消失;后來他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性,由于它的特殊導(dǎo)電性能,卡末林稱之為超導(dǎo)態(tài)??钟捎谒倪@一發(fā)現(xiàn)獲得了1913年諾貝爾獎(jiǎng)。人們把處于超導(dǎo)狀態(tài)的導(dǎo)體稱之為“超導(dǎo)體”。超導(dǎo)體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失,被稱作零電阻效應(yīng)。導(dǎo)體沒有了電阻,電流流經(jīng)超導(dǎo)體時(shí)就不發(fā)生熱損耗,電流可以毫無阻力地在導(dǎo)線中形成強(qiáng)大的電流,從而產(chǎn)生超強(qiáng)磁場(chǎng)。

 

為了使超導(dǎo)材料有實(shí)用性,人們開始了探索高溫超導(dǎo)的歷程,從1911年至1986年,超導(dǎo)溫度由水銀的4.2K提高到23.22K(0K=-273.15℃;K開爾文溫標(biāo),起點(diǎn)為絕對(duì)零度)。1986年1月發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧化物超導(dǎo)溫度是30K,12月30日,又將這一紀(jì)錄刷新為40.2K,1987年1月升至43K,不久又升至46K和53K,現(xiàn)了98K超導(dǎo)體。之前報(bào)道最高為250K,即-23攝氏度。

 

超導(dǎo)材料和超導(dǎo)技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。超導(dǎo)現(xiàn)象中的邁斯納效應(yīng)使人們可以用此原理制造超導(dǎo)列車和超導(dǎo)船,由于這些交通工具將在懸浮無摩擦狀態(tài)下運(yùn)行,這將大大提高它們的速度和安靜性,并有效減少機(jī)械磨損。利用超導(dǎo)懸浮可制造無磨損軸承,將軸承轉(zhuǎn)速提高到每分鐘10萬轉(zhuǎn)以上。超導(dǎo)列車已于70年代成功地進(jìn)行了載人可行性試驗(yàn),1987年開始,日本開始試運(yùn)行,但經(jīng)常出現(xiàn)失效現(xiàn)象,出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是由于高速行駛產(chǎn)生的顛簸造成的。超導(dǎo)船已于1992年1月27日下水試航,目前尚未進(jìn)入實(shí)用化階段。利用超導(dǎo)材料制造交通工具在技術(shù)上還存在一定的障礙,但它勢(shì)必會(huì)引發(fā)交通工具革命的一次浪潮。但是目前超導(dǎo)材料實(shí)現(xiàn)的溫度都很低,難以實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo),因此其應(yīng)用也受到了極大限制,但科學(xué)家們從未停止探索!

 

近日,美國羅徹斯特大學(xué)Ranga P. Dias教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了光化學(xué)轉(zhuǎn)變的碳質(zhì)硫氫化物體系中的超導(dǎo)性,壓力為267 GPa時(shí),最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為287.7K(約15攝氏度)。在金剛石砧槽中,在較寬的壓力范圍內(nèi)觀察到了超導(dǎo)狀態(tài)(壓力從140~275 GPa變化時(shí),轉(zhuǎn)變溫度在220 GPa以上急劇上升)。雖然實(shí)現(xiàn)該室溫超導(dǎo)需要高壓,但研究人員表示,通過在三元體系中引入化學(xué)調(diào)諧可以在較低的壓力下保持室溫超導(dǎo)性能。這項(xiàng)研究工作以“Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride”為題發(fā)表在國際頂級(jí)期刊《Nature》上。

 

論文鏈接:

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2801-z

《Nature》重磅:15℃室溫超導(dǎo)材料問世,刷新世界紀(jì)錄!

圖1. 高壓下C–S-H體系中的超導(dǎo)性測(cè)試

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圖2. 在外部磁場(chǎng)下的磁化率和超導(dǎo)轉(zhuǎn)變表征

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圖3 壓力誘導(dǎo)下C+S+H2混合物的光化學(xué)產(chǎn)物的拉曼變化

室溫超導(dǎo)材料一直是百年來科學(xué)家在不斷攀登的珠穆朗瑪峰,其具有極大的潛在應(yīng)用價(jià)值,超導(dǎo)材料的零電阻特性可以用來輸電和制造大型磁體。超高壓輸電會(huì)有很大的損耗,而利用超導(dǎo)體則可最大限度地降低損耗,但由于臨界溫度較高的超導(dǎo)體還未進(jìn)入實(shí)用階段,從而限制了超導(dǎo)輸電的采用。隨著技術(shù)的發(fā)展,新超導(dǎo)材料的不斷涌現(xiàn),超導(dǎo)輸電的希望能在不久的將來得以實(shí)現(xiàn)。這項(xiàng)研究刷新了室溫超導(dǎo)材料的世界紀(jì)錄,極大推動(dòng)了室溫超導(dǎo)材料的研究進(jìn)程!

《Nature》重磅:15℃室溫超導(dǎo)材料問世,刷新世界紀(jì)錄!

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來源:材料科學(xué)與工程

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