文(wen)章來源:人(ren)民(min)日報海外(wai)版 發布時間(jian):2018-09-06

高溫超導是中國航天科工集團“高速飛行列車”項目核心技術之一。圖為相關視頻截圖。(百度網)
每小時(shi)4000公里,中國航天科工(gong)集團近日(ri)向外界透露的(de)(de)“高(gao)速(su)飛(fei)行(xing)(xing)列(lie)車”快(kuai)得(de)著實(shi)讓(rang)人(ren)瞠目結(jie)舌。大(da)(da)家在驚嘆的(de)(de)同時(shi),對其中應用(yong)(yong)到的(de)(de)技(ji)術(shu)(shu)非(fei)常感興趣。“高(gao)速(su)飛(fei)行(xing)(xing)列(lie)車”技(ji)術(shu)(shu)總(zong)負(fu)責人(ren)毛凱通(tong)過媒(mei)體,介紹了(le)相(xiang)關技(ji)術(shu)(shu)。他指出,高(gao)溫超導(dao)磁懸(xuan)浮技(ji)術(shu)(shu)是(shi)列(lie)車飛(fei)行(xing)(xing)的(de)(de)核心秘(mi)訣。實(shi)際上(shang),應用(yong)(yong)這種技(ji)術(shu)(shu),西南交通(tong)大(da)(da)學國家重(zhong)點實(shi)驗室已經建立了(le)一條環形的(de)(de)高(gao)鐵磁浮試(shi)驗線,高(gao)溫超導(dao)磁懸(xuan)浮車在上(shang)面運行(xing)(xing)速(su)度最(zui)高(gao)可達(da)每小時(shi)1000公里。
與我(wo)們所熟知的上海磁(ci)懸(xuan)(xuan)浮(fu)列(lie)車和長沙磁(ci)懸(xuan)(xuan)浮(fu)列(lie)車通(tong)過電實(shi)現(xian)車體懸(xuan)(xuan)浮(fu)運(yun)行(xing)(xing)不同(tong),航天科工正(zheng)在研制(zhi)的“高(gao)(gao)(gao)速飛行(xing)(xing)列(lie)車”和西南(nan)交(jiao)大的“高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)超(chao)導磁(ci)懸(xuan)(xuan)浮(fu)列(lie)車”是采用(yong)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)超(chao)導技(ji)(ji)術實(shi)現(xian)懸(xuan)(xuan)浮(fu)的,這為(wei)其(qi)最大限度減輕摩擦力,實(shi)現(xian)高(gao)(gao)(gao)速運(yun)行(xing)(xing)奠定(ding)了(le)前提。因此,高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)超(chao)導技(ji)(ji)術的發展水平制(zhi)約(yue)著“高(gao)(gao)(gao)速飛行(xing)(xing)列(lie)車”和“高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)超(chao)導磁(ci)懸(xuan)(xuan)浮(fu)列(lie)車”研制(zhi)和應用(yong)。
高溫(wen)(wen)超導(dao)中的“高溫(wen)(wen)”是相對于零下270攝(she)(she)氏度的低溫(wen)(wen)超導(dao)而言(yan)的,這里的“高溫(wen)(wen)”其實是我們通常意義(yi)上的超低溫(wen)(wen),甚至達到-196攝(she)(she)氏度液氮(dan)的溫(wen)(wen)度。
超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)(dao)(dao)全稱超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)(dao)(dao)電性(xing),是20世紀(ji)最(zui)偉大(da)的(de)(de)科學(xue)發(fa)現之一(yi),指的(de)(de)是某些材料(liao)在溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)降低到(dao)(dao)某一(yi)臨界(jie)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du),或超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)(dao)(dao)轉(zhuan)變溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)以下時(shi),電阻(zu)突然(ran)消失的(de)(de)現象(xiang)。具備這種特性(xing)的(de)(de)材料(liao)稱為(wei)超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)。超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)得(de)(de)天獨厚的(de)(de)特性(xing),使(shi)它(ta)可能在各種領域得(de)(de)到(dao)(dao)廣(guang)泛的(de)(de)應用。但(dan)由于早期(qi)的(de)(de)超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)存(cun)在于液氦(hai)極低溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)條件下,極大(da)地限制了超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)(dao)(dao)材料(liao)的(de)(de)應用。人們一(yi)直在探(tan)索高(gao)溫(wen)(wen)超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti)。上世紀(ji)80年代(dai)中后期(qi),以趙(zhao)忠(zhong)賢為(wei)代(dai)表的(de)(de)中國(guo)科學(xue)家(jia)加(jia)入到(dao)(dao)國(guo)際(ji)高(gao)溫(wen)(wen)超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)(dao)(dao)競(jing)爭,他帶領實驗團隊在釔鋇銅氧中發(fa)現了臨界(jie)轉(zhuan)變溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)93K(-180攝氏度(du)(du)(du))的(de)(de)液氮(dan)溫(wen)(wen)區(qu)超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)(dao)(dao)體(ti),實現了一(yi)個世界(jie)級突破,從-268.8攝氏度(du)(du)(du)的(de)(de)液氦(hai)溫(wen)(wen)區(qu)提高(gao)到(dao)(dao)-196攝氏度(du)(du)(du)的(de)(de)液氮(dan)溫(wen)(wen)區(qu),意味著制冷難度(du)(du)(du)和成本(ben)的(de)(de)大(da)幅(fu)度(du)(du)(du)降低。該成就為(wei)趙(zhao)忠(zhong)賢贏得(de)(de)了1989年國(guo)家(jia)自然(ran)科學(xue)一(yi)等獎。
在日(ri)本科(ke)學(xue)家發(fa)現鐵(tie)基超(chao)導(dao)體(ti)后,趙忠賢帶領(ling)團隊(dui)將(jiang)超(chao)導(dao)臨界(jie)溫(wen)度先是提高到顯(xian)著(zhu)超(chao)過(guo)40K(-233攝氏度)的(de)麥克米蘭極限(xian),之后創造了大塊鐵(tie)基超(chao)導(dao)體(ti)55K(-218攝氏度)的(de)最高臨界(jie)溫(wen)度紀(ji)錄。2013年(nian)(nian),趙忠賢因(yin)“40K以上鐵(tie)基高溫(wen)超(chao)導(dao)體(ti)的(de)發(fa)現及若干基本物(wu)理性(xing)質研(yan)究(jiu)”再(zai)捧得國(guo)(guo)家自然(ran)科(ke)學(xue)獎(jiang)一等(deng)獎(jiang)。 2015年(nian)(nian),趙忠賢榮獲(huo)國(guo)(guo)際超(chao)導(dao)領(ling)域(yu)重(zhong)要獎(jiang)項馬(ma)賽厄斯(si)獎(jiang)。2017年(nian)(nian)1月(yue),他因(yin)在超(chao)導(dao)領(ling)域(yu)杰(jie)出的(de)貢獻,獲(huo)得2016年(nian)(nian)度國(guo)(guo)家最高科(ke)學(xue)技術獎(jiang)。
近年來,中國科(ke)學(xue)(xue)家(jia)在高(gao)溫超導(dao)(dao)領域又陸(lu)續(xu)取得一(yi)系列突破。清華大(da)學(xue)(xue)和(he)中科(ke)院物理所的(de)團隊(dui)在僅有(you)一(yi)個原子層的(de)FeSe薄(bo)膜上發(fa)現了65K(-208攝(she)(she)氏度(du))以上的(de)超導(dao)(dao)電性(xing),在上海交通大(da)學(xue)(xue)、復旦(dan)大(da)學(xue)(xue)、北京大(da)學(xue)(xue)等研究團隊(dui)的(de)推動下(xia),發(fa)現這類超導(dao)(dao)現象可能源于界面(mian)效(xiao)應,還有(you)可能出現100K(-173攝(she)(she)氏度(du))以上的(de)高(gao)溫超導(dao)(dao)電性(xing);2014年,吉(ji)林大(da)學(xue)(xue)的(de)研究人(ren)員(yuan)從理論上預言一(yi)種化合物在高(gao)壓下(xia)可實現191K(-82攝(she)(she)氏度(du))的(de)高(gao)溫超導(dao)(dao),將突破164K(-109攝(she)(she)氏度(du))的(de)臨(lin)界溫度(du)紀錄。
利用目前已發(fa)現的高(gao)溫超(chao)導(dao)材(cai)料,研(yan)制(zhi)(zhi)相關(guan)設備,滿足生(sheng)產生(sheng)活需求,讓(rang)超(chao)導(dao)科(ke)技(ji)盡(jin)快造福人(ren)類,是我國科(ke)學家努力的重要方向。2017年(nian)3月和5月,國內首(shou)臺基(ji)于國產YBCO超(chao)導(dao)帶材(cai)的高(gao)溫超(chao)導(dao)發(fa)電(dian)機經(jing)過(guo)了測試,電(dian)機運行良好(hao),各(ge)項(xiang)指標(biao)依據(ju)國標(biao)測試達(da)到(dao)了預期(qi)值。該發(fa)電(dian)機由中科(ke)院電(dian)工所協(xie)同(tong)上海電(dian)氣集團(tuan)上海電(dian)機廠有(you)限(xian)公司共同(tong)研(yan)制(zhi)(zhi),電(dian)機高(gao)溫超(chao)導(dao)帶材(cai)繞制(zhi)(zhi)而成的跑道線(xian)圈(quan)結構(gou)運行溫區為77K(-196攝氏(shi)度)
為(wei)(wei)尋找新(xin)的(de)、性能更優(you)異的(de)超(chao)導(dao)(dao)(dao)材料(liao),科(ke)技(ji)部印(yin)發的(de)《“十三五”材料(liao)領(ling)域科(ke)技(ji)創新(xin)專項規劃》,明(ming)確把(ba)高溫(wen)超(chao)導(dao)(dao)(dao)材料(liao)列(lie)為(wei)(wei)重點內(nei)容(rong)之(zhi)一(yi)。找到(dao)室溫(wen)超(chao)導(dao)(dao)(dao)體即室溫(wen)下電(dian)阻(zu)為(wei)(wei)零的(de)導(dao)(dao)(dao)電(dian)體是包括我國(guo)(guo)科(ke)學(xue)家在(zai)內(nei)的(de)世(shi)界(jie)科(ke)學(xue)界(jie)共同努力(li)的(de)方向。這種超(chao)導(dao)(dao)(dao)體將給社會生產和生活很(hen)多(duo)領(ling)域帶來根本性變革(ge)。多(duo)年來,中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)超(chao)導(dao)(dao)(dao)科(ke)技(ji)工(gong)作者(zhe)勇攀高峰,在(zai)世(shi)界(jie)超(chao)導(dao)(dao)(dao)科(ke)技(ji)競(jing)爭(zheng)中(zhong)(zhong)(zhong)表現(xian)優(you)異。正如(ru)《科(ke)學(xue)》雜志在(zai)一(yi)篇題(ti)為(wei)(wei)《新(xin)超(chao)導(dao)(dao)(dao)體將中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)物理(li)學(xue)家推(tui)到(dao)最前沿(yan)》的(de)文章中(zhong)(zhong)(zhong)所(suo)說:“如(ru)洪(hong)流般不斷涌現(xian)的(de)研(yan)究(jiu)結(jie)果(guo)標志著在(zai)凝聚態物理(li)領(ling)域,中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)已經(jing)成為(wei)(wei)一(yi)個強國(guo)(guo)。”