就算室溫超導真實現了，就能用於輸電、磁懸浮和核磁共振嗎？

撰文/張子立（超導材料博士、研究人員）

編輯/趙天宇

迪亞斯教授於2023年3月9日再次發表重磅文章，宣布了近常壓室溫超導的發現。（近常壓也是10kBar，就是1萬個大氣壓，大約1GPa。在做高壓的人眼裡，這個壓力很容易到達，但是在日常生活中，這個壓力還是很高的）開始在網絡迅速發酵，炒作此物如何能夠改變生活，提到的應用都是輸電、磁懸浮甚至MRI（核磁共振成像）等公眾熟知的超導應用領域。那麼，近常壓室溫超導材料真的能應用在我們身邊嗎？

雖然迪亞斯教授有兩次撤稿前科，但是本文不想討論這篇文章是否造假，所有一切討論，都是基於本文的數據真實可信的基礎上的。其次，本文不討論該發現對超導理論的意義進行討論，因為不屬於應用範圍。

結論在前，不論LuN1−δHε（網上有人稱之為滷蛋氫，下文照搬）是否為真，他都不可能用於MRI和磁懸浮，用於輸電的工程實踐性也幾乎是零。

近常壓室溫超導的文章可靠嗎？

作為一個做了一輩子超導的人，室溫超導絕對是一個夢一般的東西。相比於之前撤稿的文章，這篇文章數據更加詳實，不僅包含了電測試，磁測試，甚至包括了比熱測試以及樣品的XRD，可算是真良心了。

從一個材料學專業的角度出發看，曲線似乎沒啥問題，前後邏輯很合理，一眼看過去，沒啥自相矛盾的地方。且由於這次測試的非常全面，讓我們對這個有了比較深刻的認識。滷蛋氫是從金屬Lu箔加N和H獲得的，看樣子合成後的樣品也是固體，但是不知道是否還保持著金屬的特性。總之這篇文章披露的信息足夠豐富，也足夠應用領域判斷是否能夠使用。

超導材料應用基礎知識

超導材料的應用主要分為兩大類，一類叫強電應用，一類叫弱電應用。強電和弱電的區分主要是電壓，也就是大規模應用（對應強電）和晶片應用（對應弱電）。大規模應用就是我們經常在網上能看到的，輸電，核磁共振成像（MRI），磁懸浮列車以及對撞機等。

晶片應用一般是濾波器，SQUID等器件方面的應用。網上盛傳的這次的滷蛋氫的應用，基本都集中於大規模應用方面，畢竟晶片應用在日常生活中幾乎看不到。

大規模應用，顧名思義需要大規模的超導材料，這需要超導材料具備兩方面的特性。

1. 可相對容易的大規模製備。一般大型的MRI和磁懸浮列車所用到的超導材料都是公里級別的，對撞機甚至會用幾十公里級別的，而輸電則完全看距離長短了。
2. 要有足夠的承載電流能力。由於這些大規模應用中使用的是超導材料的零電阻性，也就是在直流（輸電是工頻）下，損耗小的特點。這就能允許我們在更小的線圈中通入更大的電流，從而獲得更強的中心磁場。

大部分科普都提到了，超導是一種低於臨界溫度就會電阻消失的神奇材料。但是實際上，在臨界溫度之外，還有兩個參數分別是臨界電流密度和臨界磁場，所以大規模應用的超導材料一定要有高臨界電流密度，才能承載高的電流。同時，類似MRI、對撞機和磁懸浮，超導材料都是工作在特斯拉級別的磁場下的，這就要求超導材料具有較高的臨界磁場值。

近常壓室溫超導材料的應用可能分析

根據上一段的描述，一個想用於輸電、磁懸浮和MRI的超導材料，高的轉變溫度僅僅是錦上添花的屬性，真正的要求是：可以簡單地大規模製備、有足夠大的臨界電流，且有足夠大的臨界磁場。

滷蛋氫的這三方面性能是啥樣呢？

在製備方面，目前無法得知滷蛋氫是不是還保持著金屬的特性，即優良的延展性。但是無論是否保存，滷蛋氫的工作環境需要對其施加1萬個大氣壓（1GPa）。如何對這麼一個長將近3米的大傢伙均勻施加1GPa的壓力，幾乎是不可能的。

電流承載方面，原文的圖3b展示了M-H曲線，我們可以通過經典的Bean模型去計算其臨界電流密度。我們大概可以得知，樣品的直徑應該是120,280,600微米，厚度是100微米。考慮到他提到了280和600微米是低壓用的，而室溫的超導正是低壓出來的，所以我們取直徑為280或者600微米，那麼體積就是6.16E-06和2.83E-05立方厘米。從圖中可以看出磁矩的絕對值最大值大概是1 emu以內，我們就去1 emu吧，可以輕鬆算的臨界電流密度是870A/cm2和88A/cm2@0.1T。

臨界磁場方面，同樣從圖3b中可以看出來，不可逆磁場大概也就0.5T左右。具體啥叫不可逆場呢，為啥不是臨界磁場呢？還是不解釋了吧，就是一個數值，過了這個數值，超導材料就不能用了。

根據以上的數據，我們可以初步看到，滷蛋氫似乎不太適合用於大規模應用，也就是輸電、磁共振和磁懸浮等。下面我們通過列表比對目前被公認最好的超導材料之一REBCO（稀土鋇銅氧化合物）的性能，來進一步展示。從表格中可以輕易看出，三個指標上，REBCO完爆滷蛋氫。

這裡要指出，目前國際上產業化的超導成品中，NbTi這個最古老的超導材料占據超過95%的市場。在這三個指標上，NbTi未必很高，但是更加成熟好用。所以實際上，不論是對撞機還是MRI，絕大部分都採用的NbTi。

結束語

近常壓室溫超導的發現（如果是真的）絕對是令人鼓舞的。但是由於其必須高壓下使用、很低的臨界電流密度和更低的臨界磁場，使得這個材料從根本上不可能用於輸電（需要大電流），MRI和磁懸浮（需要在較大磁場下依然能承載較大電流）。室溫超導轉變固然是完美的屬性，但是超導的核心是因為零電阻，所以可以承載很大的電流。如果因為室溫而放棄電流承載能力，無異於買櫝還珠。

在弱電應用領域，弱電應用第一不需要承載大電流，第二不需要承受高磁場，第三對於一個厘米級別的東西施加GPa壓力是可行的。至少從這三個角度來說，弱電應用可能是滷蛋氫的應用希望。

總之，滷蛋氫的發現很可能是超導研究的里程碑，但是這種材料，甚至這類材料都不可能用於輸電和超導磁體。

來源：北京科技報