PQP高壓誘導方案為高溫和室溫超導材料研究指明了新方向

雖然自然界中的許多元素和礦物質(比如鉛和汞)都具有超導特性,但它們通常需要在低溫或高溫高壓環境下發揮作用。即便如此,為了減少電力浪費,許多研究團隊仍在努力尋找可在非加壓室溫下得到大規模應用的新穎超導材料。若等到這一天,包括核磁共振成像(MRI)、磁懸浮列車、以及電動機和發電機在內的諸多設備,都有望迎來翻天覆地的變化。

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(來自:University of Houston,via SCI Tech Daily)

休斯頓大學(UH)超導中心創始主任兼首席科學家 Paul Chu 和研究助理教授 Liangzi Deng,就選擇了在硒化鐵(FeSe)身上開展實驗 —— 可知該材料不僅結構簡單,加壓下的超導臨界溫度(Tc)也相對較高。

若室溫下的超導材料可得到大規模應用,便可為工商業和交通運輸等領域打造極致高效、革命性的電力傳輸系統,進而推動電氣化和可持續發展的未來。

由發表在《超導與新磁》(Journal of Superconductivity and Novel Magnetism)期刊上的文章可知,倆人開發出了一種壓力淬火工藝(簡稱 PQP)。

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專註常溫超導研究的 Liangzi Deng 與 Paul Chu 教授

首先通過在室溫下對樣品加壓,以增強材料的超導特性。然後將之冷卻到指定的較低溫度,並完全釋放壓力,從而讓材料保持住增強后的超導特性。

雖然 PQP 的概念並不新鮮,但 Paul Chu 和 Liangzi Deng 還是率先將其用於可在常溫大氣壓下(HTS)保持增強超導性的新材料上。

Paul Chu 指出:“傳輸過程中的電力損耗,在驚人的 10% 左右。但若換用超導材料,即使跨越數千英里,我們也有望實現零浪費的未來。同時通過革命性的應用,徹底改變全世界的交通與電力傳輸”。

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研究配圖 – 1:(A)壓穩態 / 穩態之間的能壘示意圖,(B)主要實驗步驟。

據悉,PQP 工藝受到了加州理工學院(CalTech)已故著名材料科學家、工程師、兼冶金學家 Pol Duwez 的啟發。他指出,工業應用中的大多數合金,在室溫和大氣壓下都處於亞穩態(化學性質不穩定)。

然而新研究表明,亞穩相具有其穩定對應版本所不具備或增強的特性。相關案例包括鑽石、高溫 3D 打印材料、黑磷、甚至鈹銅,它們主要被用於製造可在高爆環境中使用的工具,比如石油鑽井平台和穀倉升降機。

最後,Paul Chu 指出:“這項實驗的最終目標是將溫度提升至室溫以上、同時維持材料的超導特性。等到實現的那一天,我們將無需讓 MRI 等機器設備維持在超低溫的條件下,這點讓我們感到激動不已”。

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