室温超导为什么是人类要追求的终极目标?

室温超导为什么是人类要追求的终极目标?

假如你现在用手去触摸高压电,那你多半会听到砰的一声,然后被弹开半米,一只手被烧的焦黑。之所以出现这种后果,是因为你的身体中存在大量的自由电子,他们在你触摸电门的一瞬间,在电场的作用下进行了迁移,并形成了电流。这就是基础的导电原理。

世间万物皆能导电,而所谓的超导,就是能完全不损耗电的导体。如果通电之后不进行人为干涉,那么理论上他的电流可以永远环流而不衰减。这一现象是在100多年前的荷兰被发现。当时的科学家利用冷却汞制作成出了一个线圈,并向线圈内通电,与此同时,不断降低线圈的温度。这里要插一句,在此实验之前的时代,人类认为任何物质都有电阻,也就是物体对于电流通过的阻碍能力。但当此实验的温度降低到零下269度的时候,奇迹出现了,线圈中的电阻好像全部消失一样,使得电流毫无损失的流动着。此时此刻,超导诞生了。随着人们的反复试验。发现其实并不是汞这个材料导致的超导现象,而是极低的温度,大多数金属材料在超低温环境中都能实现超导,而这一现象的规律就是,导体的电阻会随着温度降低而减少。(超导现象不会发生在贵金属以及大部分的磁性金属上。)

超导体的另外一个特点就是它的完全抗磁性,(简单地说就是把一块磁铁放在超导体上之后,磁铁会飘起来)。同上一个实验一样,这一次实验只需要把超导体放在磁场中冷却,你就会发现在材料电阻消失的同时,磁感应也从超导体中排出,不能通过超导体。这种完全的抗磁性使得磁悬浮列车成为可能,当超导体处于超导状态时,超导体内部磁场为零,所以对于磁悬浮本身几乎不用任何机械设计,就能让列车实现悬浮状态。

随着超导技术的不断发展,100多年的时间里,人类已经可以实现数万种材料的超导。按照临界温度的划分,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-243°(30k)的为低温超导体,临界温度高于-243°的为高温超导体。目前,超导技术可应用的领域非常之多,比如能承载大容量高效电力传输的超导电缆,推进大型轮船的超导发电机,变压器。用于微波通信的超导滤波器,延迟器。用于量子计算机的超导芯片,超导Qubit。当然,还有刚才提到的磁悬浮技术。超导的几乎全部发展方向都在于温度提升,想要长时间维持一个30k以下的温度让超导体工作,成本实在太高。如果有一天超导的临界温度可以提升到-100°以内(甚至是室温),那么超导将带领人类跨入一个无电力损耗的全新时代。