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2023-08-03 21:14:57
資本市場刮起超導旋風 但室溫超導研究仍存爭議
2023-08-03 21:14:57 來源: 世紀經濟報道
資本市場刮起超導旋風 但室溫超導研究仍存爭議
連日來，室溫超導掀起了科技界的新熱潮，并迅速傳導到了資本市場。
一家叫做“美國超導”(American Superconductor Corporation)的美國能源設備公司，因為名字沾光，8月1日美股收盤大漲60%。
(資料圖片)
8月2日，A股刮起超導旋風。繼8月1日下午突然拉漲后，永鼎股份、創新新材、百利電氣、中孚實業、東方鉭業、精達股份等超導概念股，2日開盤觸及漲停，后部分有所回落，截至當日收盤，百利電氣、中孚實業仍封住了漲停。
超導的全稱是超導電性現象，是指某些材料在溫度降低到某一臨界溫度時電阻突然消失，電流可在其間無損耗流動的現象。具備這種特性的材料被稱為超導材料或超導體，具有完全導電性、完全抗磁性和通量量子化三大特性。
基于這三大特性，超導材料目前已被廣泛應用于電子通信、交通運輸、國防軍事、電力能源、醫療研究等多個領域，形成了多樣化的應用場景與超導產品。中航證券報告指出，低溫超導材料的生產和應用已較為成熟，高溫超導材料的生產和應用仍處于商業化初期階段。
而室溫超導是在更容易達到的溫度上實現超導，若能在常溫下實現超導將為產業帶來巨大變革。根據中國科學院物理所的科普文章，臨界溫度高于40K(零下233.15℃)的超導體稱為高溫超導體，把臨界溫度高于300K(26.85℃)的超導體稱為室溫超導，這意味著，室溫超導的臨界溫度要比高溫還要高得多。目前室溫超導體都需要極高壓下才可以室溫超導，常壓室溫超導仍然任重道遠。
室溫超導真的來了嗎？
今年3月，室溫超導就曾掀起一波熱潮，當時美國羅切斯特大學的物理學家蘭加·迪亞斯及其團隊在美國物理學會會議上宣布，他們已經創造出一種可以在室溫條件下實現超導的全新材料。
這一革命性的話題在科技界引發轟動，而由于該團隊論文曾受到質疑并撤稿，因此業界對其研發持有爭議，繼續觀望之中。
今年7月，韓國的科學團隊發布論文稱，合成了全球首個室溫常壓超導體LK-99(一種摻雜銅的鉛磷灰石)，臨界溫度為127℃。如果被驗證為真，將為超導的商用帶來突破性進展。在不少業內人士看來，韓國團隊的合成方法頗為簡單，能否復現相同的結果還需要驗證，因此也陷入爭論之中。
上海市超導材料及系統工程研究中心主任、超導應用研究專家洪智勇在東吳電子舉辦的內部電話會上表示，近期韓國研究團隊公布的超導體極大概率不是室溫超導。他在接受媒體采訪時表示，這次韓國團隊報道材料的合成方法非常明確且簡單，但測試方式和數據的呈現形式以及數據的嚴謹程度都非常粗糙，更和國際認可的一些驗證超導性能的測試方法差距很大。
從目前呈現的數據來看，他們還只是通過合成和摻雜，在本應不具備明顯電磁特性的鉛磷灰石化合物中，發現在室溫下具有了一定的導電性和弱抗磁性，但是這個導電性還弱于銅、銀等金屬導體，這是一個有趣的物理現象，但實驗結果離證明樣品是超導體或者說樣品中含有超導成分還相差甚遠。
日前，韓國研究團隊成員美國威廉瑪麗學院物理系研究教授Hyun-Tak Kim在回復國內媒體時表示，其團隊制造的LK-99室溫超導材料或許可以在一個月之內被復制。
緊接著，美國頂尖實驗室勞倫斯伯克利國家實驗室(LBNL)的研究院又發表論文表示，其使用了密度泛函理論(DFT)和GGA+U方法進行了計算，為近期韓國團隊所謂的“室溫常壓超導材料”提供了理論依據。同時在8月1日，華中科技大學研究團隊發布視頻，稱復現韓國室溫超導材料，證明了抗磁性。常海欣教授證實該視頻為其領銜的研究團隊所發。
但是，勞倫斯伯克利國家實驗室并沒有直接證明韓國研究的成功，只是從理論上說明了韓國團隊的辦法并非不可能，而華中科技大學的視頻證明了LK-99材料的部分特性，還沒有完全復現韓國團隊的成果，還需要證明其零電阻特性。
由于韓國團隊的方法簡單，各國的專家們紛紛開始進行復現實驗，有成功證明了一種特性的、也有樣品并未呈現超導磁懸浮現象。當然因為設備條件、材料等存在差異，所以實驗結果不一。究竟室溫超導是否有真正的突破，依然需要更多驗證。
室溫超導為何成引爆點？
首先，超導材料及應用本身將滿足產業發展和社會發展需求。據民生證券報告梳理，根據超導的三大特性，一定條件下零電阻帶來的完全導電性，使得超導輸電電纜、超導電機、超導變壓器等產品能夠實現節約能源、降低成本的愿景，更加環保可靠。
而完全抗磁性與通量量子化的特點則能夠實現磁懸浮、弱磁場探測等技術，在電子通信領域能提高數據傳遞效率與量子計算機運算速度，在醫療領域則能以常規材料無法達到的磁場強度、磁場梯度與磁場均勻度，提高醫療檢測的精確性。
超導材料最常見的應用場景是MRI(磁共振成像)與MCZ(磁控直拉單晶硅技術)，MRI是目前應用最廣泛也最精確的醫療影像儀之一，有著廣闊的市場空間。MCZ則是目前國內外生產300mm以上大尺寸半導體級單晶硅的最主要方法，對半導體領域的發展起著重要作用。
其次，根據中航證券報告，按照超導體實現超導的臨界溫度，可分為低溫超導材料與高溫超導材料兩大類。Tc＜25K的超導材料稱為低溫超導材料，由于具有優良的機械加工性能，已發展出了較為成熟的產業鏈，目前已實現商業化的材料包括NbTi(鈮鈦，Tc=9.5K)和Nb3Sn(鈮三錫，Tc=18k)。
而高溫超導材料在制造工藝上仍需克服加工脆性等問題，因此生產成本較高、生產難度較大，仍在商業化的初期階段。Tc≥25K的高溫超導材料，具備實用價值的主要包括鉍系(例如Bi-Sr-Ca-Cu-O，BSCCO，Tc=110K)、釔系(例如Y-Ba-Cu-O，YBCO，Tc=92K)和MgB2超導材料(Tc=39K)、鐵基超導材料等。
實現超導現象需要維持低溫的環境，即使是高溫超導材料，所需要的溫度也僅僅是高于零下248攝氏度。持續的超低溫環境往往需要依賴于液氦或其他設備，這極大地增加了超導材料的應用和維護成本，因此無法低成本下被大規模應用。
能夠大規模應用的室溫超導材料，成為超導領域科研人員的重要目標。室溫超導的實現將極大地節省超導材料的應用成本，同時能夠驚人地提升能源利用效率，在節省能源損耗的同時也能夠提升能源傳輸的可靠性，提供更強大的磁場支持。甚至有聲音認為，室溫超導的實現將開啟第四次工業革命，在環保的基礎上實現人工智能的飛速增長。
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