常温常压超导对材料革命的影响是什么?

如果真有了常温常压的超导材料,那对现实的生活改变可就大了。谢谢轻风的遨请!如果把地球自然存在的环境定义为“常温常压”,目前还没有任何材料可以实现“常温常压超导”。

本文最后更新时间:  2023-04-21 08:10:52

如果把地球自然存在的环境定义为“常温常压”,目前还没有任何材料可以实现“常温常压超导”。

物质由分子组成,分子由原子组成,当原子由原子核与核外电子组成。除了氢以外,每个原子的核外电子有多层,它们高速运转并与外界交互作用,其运动占据的空间使得其体积扩大了上亿倍。当原子核均匀排列,并能够共享核外电子的时候,核外电子就可以流动,也就成为导体。

然而,转动的电子总是阻碍流动的电子,这就是电阻。在低温状态,特别是接近绝对零度时,或将电子的转动能量吸收,或将其转动半径收缩,使其处于“静止”状态,从而使得体内不再是热闹的电子舞蹈,而成了空旷无物的通道,因而成了流动电子的天堂,当电子流动时不再有阻力,这就是超导。目前超导存在的温度依然很低,在常温下见到的超导机构,都依靠其背后的冷却技术保持低温,特别是利用固态气体物质蒸发时带走大量热能的特性,保持导体处于超低温状态。

常温下,转动的电子获得了足够的能量,其转动轨道占据了大量的内部空间,阻碍了流动电子的通道,无法实现超导。在现实中,尽管低温超导减少了电子流动的阻力,但维持低温的成本远远大于超导节省的能量,投入产出比是“亏损”,不具备实际应用价值。

不过,通过低温超导给了人们一种希望,或者某种导体能够搭建一种特殊的内部结构,让其具备超大的电子流动通道,其最外层电子可以共享和流动,其内层核外电子的转动半径占很小比例的空间,大部分都是空空的通道,当外层电子流动时,几乎没有阻力,或者阻力很小,从而实现超导。

自然界也许存在这种物质结构,人们在不断地探索和实验,但希望渺茫,或许自然界根本不存在。

人力或许能够制造这种物质。原子核由带正电的质子和不带电的中子组成,如果人为地增加中子的数量,既保持导体内部质子和核外电子的约束关系,既内层电子围绕原子核旋转,外层电子可以共享和流动,但增加的中子以某种特殊形式排列,搭建出超大的导体内部空隙,在保持导体特性的条件下把原子核用中子框架结构连接起来,巨大的框架内空隙成了微小流动电子的无障碍通道,从而实现常温常压超导。

常温常压超导一旦得以实现,电磁传输阻力将消失,可以实现电、磁能量的无损传输和转换,将彻底改变人类利用能量的模式,也将改变物质存在的结构。因此,能否用中子或中微子搭建导体内部空隙,成了常温常压超导存在的前提和希望。

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