室温超导是什么东西？它有什么意义，目前进展如何？

导语

最近，有科学家团队声称发现了全球首个室温超导材料LK-99，引起了广泛讨论。那么，什么是室温超导？为何引起如此关注？

室温超导是什么东西？

超导体在一定温度（称为超导临界温度）下电阻变为零，从而在传输电流时几乎没有能量损耗。以往发现的超导材料只有在极特殊的环境下才表现出超导特性，难以大规模应用。而室温超导则指在室温条件下实现的超导现象。

如果人们能够在常见物理条件下实现室温超导，将能够通过最小化产热来提高电导和装置效率，并使超导材料得到广泛应用，从而全面而深刻地改变人类社会。

目前有哪些超导材料

目前已发现的超导材料主要可分为以下几大类别：金属和合金超导体、铜氧化物超导体、重费米子超导体、有机超导体、铁基超导体和其他氧化物超导体。

根据材料特性，超导材料又可分为低温超导材料和高温超导材料。

低温超导材料

低温超导材料是指具有低临界转变温度（Tc<30K，在液氦温度下工作）的超导材料，包括金属、合金和化合物。具有实用价值的低温超导金属有铌（Nb），其临界温度为9.3K，已制成薄膜材料用于弱电领域。合金系低温超导材料是以铌为基础的二元或三元合金组成的β相固溶体，临界温度在9K以上。

低温超导材料通常需要在昂贵的液氦环境下工作，由于液氦制冷方法昂贵且不便利，因此低温超导体的应用长期以来无法大规模发展。低温超导材料的应用主要包括强电应用（如在强磁场中的应用和大电流传输）和弱电应用（如微电子学和精密测量等领域）。

高温超导材料

高温超导体（HTS）具有超导性和抗磁性两个重要特性。要实现超导体的实际应用，首先需要开发易得的高温超导材料。因此，目前的研究主要集中在寻找能够在较高温度下实现超导的材料。

高温超导材料具有广泛的应用前景，大致可分为三类：大电流应用、电子学应用和抗磁性应用。由于超导材料具有零电阻和完全抗磁性，只需消耗极少电能即可获得稳定强磁场。超导体的基本特性之一是在超导态下具有理想的电导性能，同时由于其载流能力远远超过常规导体，利用超导体可以传输大电流和产生强磁场，并且没有电阻热损耗。

电力设备的特点是大电流、强磁场和高电压，因此使用超导材料可以减少电气损耗、提高效率、缩小体积、减轻重量、降低成本，还可以提高装置的极限容量。显然，超导材料的应用给电力技术带来了质的飞跃，许多过去无法实现的电力设备，如今已经成为现实或即将成为现实。

我国电力资源和负荷分布不均，因此长距离、低损耗的输电技术显得十分迫切。超导材料由于其零电阻特性以及比常规导体高得多的载流能力，可以输送极大的电流和功率而没有电功率损耗。根据统计数据，如果将中国的铜或铝导线改为超导材料，每年所节省的电力相当于新建数十个大型发电厂。超导材料在这些领域的应用前景非常吸引人。

室温超导的意义及影响

如果室温超导实现，其潜在影响将体现在以下几个方面：

能源运输与储存

超导电流的传输效率远高于常规电缆，能够大幅减少能源损耗。室温超导技术将实现更高效、可靠的电力系统，促进可再生能源的大规模应用，解决能源短缺和环境污染问题。

交通运输

超导技术在磁悬浮列车、磁力推进飞行器等领域有广泛应用前景。室温超导的出现将降低能耗、提高速度和稳定性，推动未来交通工具的创新和发展。

医疗设备与科学研究

室温超导技术可以改进磁共振成像（MRI）设备，并推动生物科学、医学研究等领域的突破。它将加速治疗和诊断的发展，为人类健康作出重要贡献。

信息技术与通信

超导材料在电子元件和计算机芯片等领域具有潜在应用。室温超导的出现将提高集成电路的速度和性能，加快信息技术的发展，推动数字化时代的进一步发展。

超导技术的应用范围

超导技术的突破性进展和广泛应用，将引起一场新的技术革命，并对科技、经济、军事乃至社会发展产生不可估量的影响。超导技术的应用范围十分广阔，在输电、电机、交通运输、航天、微电子、电子计算机、通信、核物理、新能源、生物工程、医疗以及军事装备等领域，都已展现出灿烂夺目的前景。

1.超导电器。超导体没有电阻，极大推动现有电子技术的使用。传统电路由于电阻产生的电的消耗巨大，人们为了电阻产生的散热问题投入了无数资源。超导计算机和量子计算机的研究已经取得重要进展，提高了计算速度和效率，节省能源。

2.量子计算机。现已研制出基于电磁激光技术和超导微波技术的两台量子计算机，显示出超导体在计算机领域的潜力。

3.超导发电。超导发电机具有高效率、体积小、重量轻、电抗小的优势，可以提高电流密度和磁场强度。超导磁流体发电机则有效率高、发电容量大，降低了发电损耗。

4.超导输电。利用超导材料制作的超导电线和超导变压器能几乎无损耗地输送电力，节省了电能。超导输电可避免传统输电导线的电能损失。

5.磁悬浮交通。超导磁悬浮技术可实现高速列车和汽车的悬浮运行，提高轮胎和机械的效率和速度。

6.磁悬浮机械。应用磁悬浮特性在机械研发中，减少摩擦力，提高机械性能和功能。

7.磁悬浮建筑。磁悬浮技术可提高空间利用效率，开拓人类生活空间。

8.超导医疗。超导磁力共振仪在医疗诊断中的应用已经取得重要进展。

9.核聚变反应堆 “磁封闭体”。超导体产生的强磁场可将受控核聚变能源包围、约束起来，为核聚变提供新的解决方案。

10.超导重力模拟。利用常温超导体的作用力，模拟太空飞船中的重力环境。

韩国团队宣布发现全球首个室温超导材料 LK-99

2023年7月，韩国量子能源研究中心（Q-centre ）和高丽大学成功合成了世界上第一个室温常压超导体LK-99。这种改良的铅-磷灰石材料在常压条件下表现出超导性质，在127℃以下仍呈现超导特性。

尽管该研究引起了广泛关注，但目前的结果还存在一定的随机性，并没有明确证明LK-99是室温超导体。科学家表示，还需要进一步验证才能得出确切结论。

那么，室温超导到底有可能实现吗？

北京大学物理学院教授指出，室温常压超导是物理学领域的圣杯之一，虽然还需要更多验证，但在不违背物理学基本原理的前提下，我们应保持对室温超导的探索，并抱有梦想。

许多科学家相信室温超导体的存在，并在美国、中国、日本等国展开相关研究。然而，要完全确认一个室温超导体并非易事，需要同时具备零电阻效应和完全抗磁性这两个特征。随着时间的推移，我们发现理论上可能存在多种室温超导体，如金属氢。然而，目前仍处于探索阶段，尚未取得突破。

但有理论支持就意味着存在可能性，科学家将继续投入研究。基于乐观的理论和科学的探索，我们迈向实现室温超导这一时代性梦想，这是不容置疑的。

结语

室温超导的实现将促进磁约束热核聚变能源的工程和经济可行性，对电路板行业产生巨大变革，对科技文明带来划时代的影响。虽然新发现还需进一步验证，我们仍然期待这一天的到来。