就算室温超导真实现了，就能用于输电、磁悬浮和核磁共振吗？

就算室温超导真实现了，就能用于输电、磁悬浮和核磁共振吗？

很多人的朋友圈和公众号都被“室温超导”刷屏。近常压室温超导的文章可靠吗？超导材料是什么？此项技术又有哪些应用可能？

撰文/张子立（超导材料博士、研究人员）

编辑/赵天宇

迪亚斯教授于2023年3月9日再次发表重磅文章，宣布了近常压室温超导的发现。（近常压也是10kBar，就是1万个大气压，大约1GPa。在做高压的人眼里，这个压力很容易到达，但是在日常生活中，这个压力还是很高的）开始在网络迅速发酵，炒作此物如何能够改变生活，提到的应用都是输电、磁悬浮甚至MRI（核磁共振成像）等公众熟知的超导应用领域。那么，近常压室温超导材料真的能应用在我们身边吗？

虽然迪亚斯教授有两次撤稿前科，但是本文不想讨论这篇文章是否造假，所有一切讨论，都是基于本文的数据真实可信的基础上的。其次，本文不讨论该发现对超导理论的意义进行讨论，因为不属于应用范围。

结论在前，不论LuN1−δHε（网上有人称之为卤蛋氢，下文照搬）是否为真，他都不可能用于MRI和磁悬浮，用于输电的工程实践性也几乎是零。

近常压室温超导的文章可靠吗？

作为一个做了一辈子超导的人，室温超导绝对是一个梦一般的东西。相比于之前撤稿的文章，这篇文章数据更加详实，不仅包含了电测试，磁测试，甚至包括了比热测试以及样品的XRD，可算是真良心了。

从一个材料学专业的角度出发看，曲线似乎没啥问题，前后逻辑很合理，一眼看过去，没啥自相矛盾的地方。且由于这次测试的非常全面，让我们对这个有了比较深刻的认识。卤蛋氢是从金属Lu箔加N和H获得的，看样子合成后的样品也是固体，但是不知道是否还保持着金属的特性。总之这篇文章披露的信息足够丰富，也足够应用领域判断是否能够使用。

超导材料应用基础知识

超导材料的应用主要分为两大类，一类叫强电应用，一类叫弱电应用。强电和弱电的区分主要是电压，也就是大规模应用（对应强电）和芯片应用（对应弱电）。大规模应用就是我们经常在网上能看到的，输电，核磁共振成像（MRI），磁悬浮列车以及对撞机等。

芯片应用一般是滤波器，SQUID等器件方面的应用。网上盛传的这次的卤蛋氢的应用，基本都集中于大规模应用方面，毕竟芯片应用在日常生活中几乎看不到。

大规模应用，顾名思义需要大规模的超导材料，这需要超导材料具备两方面的特性。

可相对容易的大规模制备。一般大型的MRI和磁悬浮列车所用到的超导材料都是公里级别的，对撞机甚至会用几十公里级别的，而输电则完全看距离长短了。

要有足够的承载电流能力。由于这些大规模应用中使用的是超导材料的零电阻性，也就是在直流（输电是工频）下，损耗小的特点。这就能允许我们在更小的线圈中通入更大的电流，从而获得更强的中心磁场。

大部分科普都提到了，超导是一种低于临界温度就会电阻消失的神奇材料。但是实际上，在临界温度之外，还有两个参数分别是临界电流密度和临界磁场，所以大规模应用的超导材料一定要有高临界电流密度，才能承载高的电流。同时，类似MRI、对撞机和磁悬浮，超导材料都是工作在特斯拉级别的磁场下的，这就要求超导材料具有较高的临界磁场值。

近常压室温超导材料的应用可能分析

根据上一段的描述，一个想用于输电、磁悬浮和MRI的超导材料，高的转变温度仅仅是锦上添花的属性，真正的要求是：可以简单地大规模制备、有足够大的临界电流，且有足够大的临界磁场。

卤蛋氢的这三方面性能是啥样呢？

在制备方面，目前无法得知卤蛋氢是不是还保持着金属的特性，即优良的延展性。但是无论是否保存，卤蛋氢的工作环境需要对其施加1万个大气压（1GPa）。如何对这么一个长将近3米的大家伙均匀施加1GPa的压力，几乎是不可能的。

电流承载方面，原文的图3b展示了M-H曲线，我们可以通过经典的Bean模型去计算其临界电流密度。我们大概可以得知，样品的直径应该是120,280,600微米，厚度是100微米。考虑到他提到了280和600微米是低压用的，而室温的超导正是低压出来的，所以我们取直径为280或者600微米，那么体积就是6.16E-06和2.83E-05立方厘米。从图中可以看出磁矩的绝对值最大值大概是1 emu以内，我们就去1 emu吧，可以轻松算的临界电流密度是870A/cm2和88A/cm2@0.1T。

临界磁场方面，同样从图3b中可以看出来，不可逆磁场大概也就0.5T左右。具体啥叫不可逆场呢，为啥不是临界磁场呢？还是不解释了吧，就是一个数值，过了这个数值，超导材料就不能用了。

根据以上的数据，我们可以初步看到，卤蛋氢似乎不太适合用于大规模应用，也就是输电、磁共振和磁悬浮等。下面我们通过列表比对目前被公认最好的超导材料之一REBCO（稀土钡铜氧化合物）的性能，来进一步展示。从表格中可以轻易看出，三个指标上，REBCO完爆卤蛋氢。

这里要指出，目前国际上产业化的超导成品中，NbTi这个最古老的超导材料占据超过95%的市场。在这三个指标上，NbTi未必很高，但是更加成熟好用。所以实际上，不论是对撞机还是MRI，绝大部分都采用的NbTi。

指标

大规模应用需求

卤蛋氢

REBCO

成品长度

越长越好

微米级别

百米级别

临界电流

越大越好

88~870A/cm2@0.6T-290K

100,000A/cm2@0.5T-77K

临界磁场

越大越好

0.5T

15T左右

结束语

近常压室温超导的发现（如果是真的）绝对是令人鼓舞的。但是由于其必须高压下使用、很低的临界电流密度和更低的临界磁场，使得这个材料从根本上不可能用于输电（需要大电流），MRI和磁悬浮（需要在较大磁场下依然能承载较大电流）。室温超导转变固然是完美的属性，但是超导的核心是因为零电阻，所以可以承载很大的电流。如果因为室温而放弃电流承载能力，无异于买椟还珠。

在弱电应用领域，弱电应用第一不需要承载大电流，第二不需要承受高磁场，第三对于一个厘米级别的东西施加GPa压力是可行的。至少从这三个角度来说，弱电应用可能是卤蛋氢的应用希望。

总之，卤蛋氢的发现很可能是超导研究的里程碑，但是这种材料，甚至这类材料都不可能用于输电和超导磁体。

出品：科普中央厨房

监制：北京科技报 | 北科传媒

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