引领未来能源的投资方向？ 超导材料再次“席卷”科学圈

原创 小科 中国科技信息

超导指的是导体在某一条件下，电阻为零的状态。可为了实现这个“某一条件”，科学家一百年来想破了脑袋。

最近，超导又一次成为科学圈的热门话题。起源是3月8日下午，一段有关近常压室温超导技术突破的截图在朋友圈疯狂刷屏。这是一场发生在美国物理学会的三月会议上的分享，来自罗彻斯特大学的兰加·迪亚斯（Ranga Dias）进行了题为《室温近常压条件下氢化物超导特性》（Observation of Room Temperature Superconductivity in Hydride at Near Ambient Pressure）的分享，宣布团队实现了近常压条件下的室温超导。这意味着在一定条件下，超导材料将无需和制冷捆绑在一起。

由于这一发现可能颠覆多个传统行业，给人类科学文明带来巨大改变，一时间全球科技圈为之震动，不少科学家更对此提出了质疑，例如，在另一轮电阻测量结果中，有一样品没有达到零电阻，作者解释该结果是由于测量仪器漂移。有专家称，这可能需要几周或者一两个月的时间，或将有实验室能完成对（常温超导）这项工作的验证。

一直以来，超导材料被称为“当代科学的明珠”，但这颗明珠是否已经被当今社会“收入囊中”还有待商榷。那么，超导材料、技术到底是什么？它距离现实还有多远？我国超导领域又发展到了哪一步？今天，《中国科技信息》对这些问题一一解惑。

超导材料让科学家们探索超过百年

人们对超导材料的探究得益于低温物理学的发展，而超导材料的诞生则源于人们对金属电阻与温度之间的关系探索。究其概念，超导指的是导体在某一条件下，电阻为零的状态。可为了实现这个“某一条件”，科学家一百年来想破了脑袋。

那么“某一条件”具体指的是什么？事实上，要实现超导，必须把它降到某一个温度之下，不是所有的超导材料的温度都一样，有些超导材料的温度高，有些低。到目前为止，世界上最高的就是不用加压，就在空气压力下，那么就能超导的大概是零下135k（相当于零下138），零下138度是目前人类在常压下观察到的超导现象的最高温度了。

但零下138度要带来大规模的应用，想想都不是简单的事，目前的小规模应用包括核磁成像等，受到各方面条件因素限制较多。因此，为了实现大规模的应用，超导界的同仁都希望找到室温超导，因为在室温不需要制冷，或者稍微制冷就能够超导，就能够零电阻。

自打1911年，荷兰科学家卡麦林·翁纳斯在零下269摄氏度的条件下观测到汞的超导电性以来，“如何在通常条件下实现超导”一直是学界追求的目标。在这百余年的时间里，与超导相关的诺贝尔奖也已经被授予过五次，超导材料应用已经在很多方面发挥出不可替代的作用。早期研究以低温超导材料为主，高温超导材料目前也已经在电力、医疗、交通运输等行业得到应用与发展。

尽管如此，超导的规模化应用还远没有实现，特别是铜氧化合物高温超导和铁基超导的机理仍未明确。因此，科研工作者还在努力，在探索超导材料方面继续创新。

超导技术或引领新一轮能源革命

那么，这样一个“百年难题”，究竟为何能够吸引无数科学工作者执着探索？这首先从电开始说起，通常来讲，用高压输电的方式把发电厂的电输送到家里，长距离输送后电损耗了 15% 以上。虽然只有区区15%，但如果节约下来，现在的能源也许可以多用 50 年、上百年，甚至帮助人类度过地球的能源危机。而在这个过程中，想要用好电、善用电，就要借用超导材料，在它的帮助下，不仅能提高电力生产、传输等领域的工作效率，也能对资源的节约起到举足轻重的作用，在这个能源紧缺的时代，超导材料科研技术和生产技术的飞跃势必带来新一轮的能源革命。

不仅如此，根据超导材料的基本特性，其不仅在临界温度下具有零电阻特性，而且在一定的条件下还具备完全抗磁性和宏观量子效应等常规导体所不具备的特性，这些性质使超导体能够实现大电流传输、获得强磁场、实现磁悬浮、检测微弱磁场信号等还可以多种应用，使其除了满足最基本的导电需求外，还可以被广泛应用在电子通信、电力能源、交通运输、国防军事、医疗器械等诸多领域。由于超导材料和技术涉及的领域之，发达国家不惜投入巨资开展前期研究和产业化应用实验。

例如，前段时间非常受关注的人造太阳，原理是用一个强磁场打造一个磁笼子，把一个上亿度的高温等离子体，约束起来，让它实现核聚变反应。而超导材料是实现稳定强磁场环境的关键，没有这个材料，超导装置就不可能实现，项目就无法继续进行。而我国的“人造太阳”在建设初期，超导材料便是由西方提供的，为了打破这样受制于人的卡脖子困境，我国对于超导领域的探索和突破也刻不容缓。

我国高温超导材料仍处于商业化初期

总体来看，目前全球超导市场以低温超导为主，国内低温超导材料及应用占超导市场总量的90%以上，高温超导材料仍处于商业化初期。在超导材料领域，我国已拥有一大批代表性企业，主要包括西部超导、英纳超导、上海超导、上海上创超导、苏州新材料研究所、宝胜科技、海泰超导、综艺超导、百利机械装备以及原力辰超导等。

不过，尽管我国在商业化、超导强电和弱电应用技术等方面已基本达到国际先进水平，但由于产学研用结合不紧密、创新链和产业链不完整，导致我国在高端医疗设备、分析仪器、科研装备等超导技术应用方面存在明显差距，相关材料和装备仍然依赖进口。未来低温超导材料产业需着力提升整体研发水平，提高自主创新能力，向世界领先水平迈进。

而在高温超导方面，我国在高温超导材料基础研究和工艺研究方面均已实现一定进展。例如，2011年，以西北有色金属研究院、东北大学、中科院电下所为主的单位成功制备出国内第一根千米级MgB2长线，建成继美国、意大利之后国际上第三条千米级MgB2超导线材中试线，标志着绕制大口径MgB2超导磁体成为可能；2013年，中国科学院电工研究所研制成的360米、10kA高温超导直流输电电缆于河南中孚实业顺利投入工程示范运行，成为全球范围内传输电流最大的高温超导电缆、首组实现工程示范运行的超导直流电缆；2021年12月，全球首条35千伏公里级超导电缆在沪投运，标志着这一国内新型电力系统建设领域关键技术取得了重大突破，有效解决窄通道大容量输电难题，帮助消除负荷热点地区的供电“卡脖子”现象。

可以说，我国高温超导材料性能已基本满足应用需求，目前正逐渐开始商业化，但和国际水平仍存在着明显的差距。专家认为，我国高温超导材料面临的瓶颈主要包括超导材料较传统材料是否具备较高的性价比，以及低温制冷系统是否具备较高的稳定性。若室温超导体能够得到更多的研发突破和产业化进展，超导电力技术的规模化应用必将成为现实。因此，未来高温超导料商业化的核心仍需围绕低成本、大规模批量制备技术。

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原标题：《引领未来能源的投资方向？ 超导材料再次“席卷”科学圈》

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