第八百五十三章 318.651kPa室溫超導
更新時間:2024-07-30 作者:少一尾的九尾貓
大國院士 第八百五十三章 318.651kPa室溫超導
通過納米技術來合成一種材料并不是一件很難的事情。 但要精細化的操控材料的每一塊區域，在摻入銀和鉻元素同時還要微調材料表面的堆疊和扭曲，且保證所有地方都一樣，那就是一件相當難的工作了。 在等待從電子束蒸發鍍膜機對氧化銅基材進行處理的同時，徐川也準備好了摻雜的材料和設備。 等待了兩個小時左右的時間，在電子電子束蒸發鍍膜機對氧化銅基材完成表面晶膜的處理后，他將這份基材從轉移到SC激光引導等離子體氣相沉積系統中。 超高純度的銀與鉻兩種材料在隔絕氧氣的設備中處理完成后也同步送了這套設備中，等待著對其進行摻雜處理。 所謂的SC激光引導等離子體氣相沉積系統，就是完成室溫超導的核心了。 它的整體分成兩部分。 第一部分是通過直流放電的手段，使需要摻雜的材料熔化和蒸發，蒸汽遇到周圍的氣體就會冷卻或發生反應，從而形成納米微粒。 而第二部分則是通過蒸氣晶體直接轉化的路徑，利用紫外激光激光引導這些摻雜蒸汽淬滅為納尺度下穩定的奇異合金，并將其作為構建塊打印成3D納米結構陣列，均勻的部署在氧化銅基超導材料表面。 這是制造氧化銅基鉻銀系·室溫超導材料最核心的部分。 簡單的來說，其原理有些類似于芯片的制造，只不過流程沒有那么復雜而已。 芯片是在晶圓上通過光刻機刻畫邏輯門，而氧化銅基鉻銀系超導材料的制造是通過SC激光引導等離子體氣相沉積系統引導摻雜材料在基材上完成納米結構陣列。 前者需要多重蝕刻，而后者一次就足夠了。 但不管怎么說，對于一種材料的制造來說，它的制造流程可以說已經是十分復雜的了。 不僅復雜，它需要用到的設備基本每一個都極其昂貴。 比如頂尖的真空電子束蒸發鍍膜機的價格超過五百萬，SC激光引導等離子體氣相沉積系統的價格更是過千萬。 如果說能夠像單晶硅的制造一樣，一次性拉出足夠成千上萬枚芯片的單晶硅錠，用這些昂貴的設備來制造室溫超導材料還是值得的。 但事實上實驗室制取室溫超導材料，每一次都只能制造出少量的‘樣品’。 這也是氧化銅基鉻銀系·室溫超導材料難以工業化生產的主要原因。 畢竟實驗室產品和工業化產品是兩個完全不同的概念。 實驗室中能通過各種頂級設備做到，不意味著規模化的生產也能一樣。 不過研究工業化是工業界的事情，室溫超導材料這種技術，只要出現了，工業界自然會將大量的資金投入里面進行嘗試。 哪怕最終不能實現大規模的生產，也肯定會實現一定程度的商業化使用。 至少在各種高精尖的產品上，應用室溫超導材料拋開性能外，其本身就是一個巨大的噱頭，能夠帶來海量的利益。 所以這方面的工作徐川并不擔心。 工業化再難，只要一樣產品具備高額的實用價值，總有人會想辦法搞定這件事的。 而他要做的，就是解決掉氧化銅基鉻銀系·室溫超導材料的缺陷。 基材處理、銀鉻摻雜、氬氣保護、調材料表面的堆疊和扭曲，建立以納米為單位的均勻厚度，以獲得所需的介電強度局部電子離域化。 在實驗室中呆了整整兩天半的時間，直到第三天的下午一點，徐川緊繃的神經才放松了下來。 看著連接氬氣保護裝置的電腦，他操控儀器停止了設備的運行。 保護著內部材料的氬氣被抽離，高溫也迅速散去，在耐高溫陶瓷材料器皿中，一塊不到十厘米的銀灰色薄片正安靜的躺在那里。 這就是他忙碌了整整兩天半才成功復刻出來的第一塊‘氧化銅基鉻銀系·室溫超導材料’。 帶著實驗手套，用專門的鑷子，小心的將這塊薄膜從氬氣保護管式爐中取出來，身旁的打下手的研發人員迅速遞上了配有緩沖材料的玻璃器皿。 “測試一下這塊材料的性能。” 長舒了口氣，徐川開口吩咐道。 他沒親自去做檢測實驗，因為后面還有數塊材料在等著他完成后續的流程。 在制造第一塊材料的同時，他同步準備了數塊材料的制備。 畢竟是時隔十幾年的時間再親手制備室溫超導材料，他也不敢保證自己就能一次性成功。 按照流程，利用實驗室的設備同步進行材料的不同階段處理，多準備幾塊材料總是沒錯的。 如果一切順利的話，他能在今天下午得到至少五塊‘氧化銅基鉻銀系·室溫超導材料’。 這個數量，哪怕是十幾年沒動手了的，也應該能夠保證里面至少出一塊合規品。 現在第一塊成品出爐了，剩下的還等著他呢。 所以超導性能的實驗測試，只能交給他打下手的其他研究員了。 一旁，擔任副手也擔任測試員的研究員閔富點了點頭，帶著制備出來的超導材料朝著另一間實驗室走去。 這近一個月的時間以來，他作為專門的超導測試人員已經測試過不下兩位數的各種材料了。 而這其中，絕大部分制備出來的超導材料僅僅能夠實現低溫超導，就算是偶爾能夠做到液氮環境下的高溫超導，也只是極少數。 正當他習慣性的以為這次的材料和平常時沒有多大區別的時候，超導電磁測試系統上的數據卻讓他愣了一下。 一般來說，驗證一塊新材料是否是超導材料，需要驗證兩個條件。 第一個是材料是否有零電阻現象。 第二個則是材料是否具備完全抗磁性。 比如電阻測量。 超導材料最基本的超導性質是在超導態下電阻消失，通過在超導材料上施加電流并測量電阻，可以判斷材料是否處于超導態。 這期間可以通過測試系統改變外部的環境和條件，如溫度、壓強等等來測試這份材料在不同條件下的數據，就是臨界溫度、臨界磁場等等了。 而閔富做的第一組實驗，自然是檢測徐川制備出來的這塊材料，是否具備超導性質了。 臨界溫度測量實驗已經做過了，這次的材料非超導超導相變的溫度在123.8K，也就是零下149.35攝氏度。 這個數值如果是放到十年前，肯定是一個相當優秀的數據，它已經低于液氮的冷卻溫度不少了。 畢竟那個時候高溫超導材料的研究才起步不久。 但放到現在，只能說平平無奇了。 高溫銅碳銀復合超導材料的臨界溫度都有152K，臨界溫度更加的優秀。 讓閔富愣住的并不是臨界溫度，而是另一項參數。 壓強測試實驗數據！ 按照他的習慣，在完成了臨界溫度測試實驗后，他進行的下一項實驗是壓強性測試。 對于目前超導領域來說，超導材料的壓強性研發并不在主流研發路線上。 別看壓強是一個非常重要的熱力學維度，材料在高壓下會呈現出新奇的結構和性能，一直以來備受物理、材料和化學研究者的關注。 且金屬氫、富氫化合物、碳硫化合物等材料一度在高壓強下實現了室溫超導。 但這些材料實現室溫超導的壓強，都高的可怕。 比如2019年的時候，日耳曼國的研究團隊發現十氫化鑭在170190萬個大氣壓下，可以在逼近室溫的250260K以上出現超導性。 還有2020年米國羅徹斯特大學研發的碳質硫氫化物，也可以在高壓強下實現了室溫超導。 但這個壓強的強度，卻是整整260萬個大氣壓。 這種苛刻的條件，可以說讓這種材料除了研究價值外，沒有任何其他的實用價值。 縱然是馬里亞納海溝底部的壓強也只有1100個大氣壓，而260Gpa，是整整二百六十萬個標準大氣壓，是馬里亞納海溝底部兩千多倍。 如此夸張的壓強，除了實驗室外，可以說幾乎沒有任何的實用價值。 所以學術界和科研界在超導材料的研發上更多的目光還是在落在溫度上。 原因很簡單。 一方面是提升臨界溫度的難度，可比降低臨界壓強的難度低多了。 另一方面，也是更關鍵的是，在應用方面，制造低溫環境比制造高壓強環境容易的多。 然而眼前的測試實驗數據，卻顛覆了閔富對于基于壓強體系完成的超導材料的認知。 在這個數據下，那條原本維持著近乎平行于X軸的電阻曲線，恍若跳崖一般以接近九十度的角度直接觸底。 盯著電腦屏幕上數據，閔富干巴巴的咽了口唾沫，使勁揉了揉自己的眼睛。 他一定是看錯了！ 這不是318.651kPa，而是318.651MPa！ 不，也不對，這肯定是318651MPa！ 這個數字才應該正常！ 畢竟他從未聽說過，有哪家研究所的超導材料能夠在3000個大氣壓的壓強下室溫超導的。 哪怕是歷史上最牛逼的室溫超導材料，被學術界公開認可的十氫化鑭，也要至少170萬個大氣壓才能夠實現零電阻。 三十萬兆帕的壓強才對！ 但很快，閔富又陷入了自我懷疑中。 實驗室中的設備.這套超導電磁測試系統，能夠做到三十萬兆帕的壓強嗎？ 做不到！ 做過無數次實驗的他很清楚實驗室中的超導電磁測試設備能夠制造的最大壓強也只有十萬個標準大氣壓而已。 三十萬兆帕，這差不多達到了三百萬個標準大氣壓了。 就實驗室中的這套檢測設備，根本就不可能制造如此高額的壓強。 三百萬個標準大氣壓，哪怕是放到整個世界，能夠制造出這種級別壓強的實驗室或研究所也寥寥無幾。 因為掌握了超高壓技術的國家本身就屈指可數，任何一件能夠產生超高溫、超高壓、偏應力的大科學裝置，毫不夸張的說都是‘大國重器’。 盯著屏幕上那個標注在Y軸上的細小數據，閔富的呼吸開始不自覺的沉重了起來。 他真的沒有看錯，這僅僅是三個標準大氣壓的強度！ “臥槽” 再次重復了一遍，確認自己沒有看錯后，一句情不自禁卻又樸實無華的震驚從他口中輕輕的飆了出來。 “318.651kPa的壓強，這塊材料真的轉變成超導態了？” “這怎么可能？” 喃喃自語的念叨了幾句，閔富忽然意識到了什么，恍然從震撼中回過神來，像是瘋了一樣，拉開屁股下的椅子踉蹌了一下就朝著外面狂奔而去。 “徐徐院士！” 顧不上敲門，閔富暴力的推開實驗室的大門就直接闖了進來，連喘息都沒顧上，費力的喊了一聲。 “有重大發現！” 實驗室中，帶著護目鏡的徐川頭也不回，也沒出聲，穩穩當當的將手中的第二份超導基材送進了SC激光引導等離子體氣相沉積系統后，才轉過身來。 聽著閔富激動的聲音，看著他眉飛色舞的表情，徐川眼神中也帶著一絲激動和期待，他大概知道了發生了什么。 “超導材料，有突破？” 快速的問了一句，徐川的目光落在大口喘息的閔富身上，等著他說出那個答案。 “何止是突破！簡直是奇跡！” 閔富深吸了口氣，快速的說道：“測試實驗我還沒做完，不過電阻測量和臨界溫度測試已經做了。” “這塊新材料在123.8K，也就是零下149.35攝氏度一下會從非超導態轉變成超導態，其.” “不過這不是重點” “重點是什么？”徐川都快被閔富這按照實驗順序報告的方式搞無語了，你就不能直接說重點嗎？ 閔富也沒在于自己的細節，他面紅耳赤激動的道：“318.651kPa！” “我在對它進行壓強測試的時候，發現這種新材料，在二十五攝氏度的標準室溫下，電阻為零！” “這簡直是奇跡！” “真是不可思議！” “三個標準大氣壓的環境中，竟然有材料能夠做到超導！這簡直突破歷史.” 閔富還在激動的念叨著，徐川臉上已經帶上了笑意。 這正是他心中期待的答案，只是沒想到第一塊制備出來的材料，就符合了標準。 “走，帶我去看看。” 大國院士 第八百五十三章 318.651kPa室溫超導
通過納米技術來合成一種材料并不是一件很難的事情。 但要精細化的操控材料的每一塊區域，在摻入銀和鉻元素同時還要微調材料表面的堆疊和扭曲，且保證所有地方都一樣，那就是一件相當難的工作了。 在等待從電子束蒸發鍍膜機對氧化銅基材進行處理的同時，徐川也準備好了摻雜的材料和設備。 等待了兩個小時左右的時間，在電子電子束蒸發鍍膜機對氧化銅基材完成表面晶膜的處理后，他將這份基材從轉移到SC激光引導等離子體氣相沉積系統中。 超高純度的銀與鉻兩種材料在隔絕氧氣的設備中處理完成后也同步送了這套設備中，等待著對其進行摻雜處理。 所謂的SC激光引導等離子體氣相沉積系統，就是完成室溫超導的核心了。 它的整體分成兩部分。 第一部分是通過直流放電的手段，使需要摻雜的材料熔化和蒸發，蒸汽遇到周圍的氣體就會冷卻或發生反應，從而形成納米微粒。 而第二部分則是通過蒸氣晶體直接轉化的路徑，利用紫外激光激光引導這些摻雜蒸汽淬滅為納尺度下穩定的奇異合金，并將其作為構建塊打印成3D納米結構陣列，均勻的部署在氧化銅基超導材料表面。 這是制造氧化銅基鉻銀系·室溫超導材料最核心的部分。 簡單的來說，其原理有些類似于芯片的制造，只不過流程沒有那么復雜而已。 芯片是在晶圓上通過光刻機刻畫邏輯門，而氧化銅基鉻銀系超導材料的制造是通過SC激光引導等離子體氣相沉積系統引導摻雜材料在基材上完成納米結構陣列。 前者需要多重蝕刻，而后者一次就足夠了。 但不管怎么說，對于一種材料的制造來說，它的制造流程可以說已經是十分復雜的了。 不僅復雜，它需要用到的設備基本每一個都極其昂貴。 比如頂尖的真空電子束蒸發鍍膜機的價格超過五百萬，SC激光引導等離子體氣相沉積系統的價格更是過千萬。 如果說能夠像單晶硅的制造一樣，一次性拉出足夠成千上萬枚芯片的單晶硅錠，用這些昂貴的設備來制造室溫超導材料還是值得的。 但事實上實驗室制取室溫超導材料，每一次都只能制造出少量的‘樣品’。 這也是氧化銅基鉻銀系·室溫超導材料難以工業化生產的主要原因。 畢竟實驗室產品和工業化產品是兩個完全不同的概念。 實驗室中能通過各種頂級設備做到，不意味著規模化的生產也能一樣。 不過研究工業化是工業界的事情，室溫超導材料這種技術，只要出現了，工業界自然會將大量的資金投入里面進行嘗試。 哪怕最終不能實現大規模的生產，也肯定會實現一定程度的商業化使用。 至少在各種高精尖的產品上，應用室溫超導材料拋開性能外，其本身就是一個巨大的噱頭，能夠帶來海量的利益。 所以這方面的工作徐川并不擔心。 工業化再難，只要一樣產品具備高額的實用價值，總有人會想辦法搞定這件事的。 而他要做的，就是解決掉氧化銅基鉻銀系·室溫超導材料的缺陷。 基材處理、銀鉻摻雜、氬氣保護、調材料表面的堆疊和扭曲，建立以納米為單位的均勻厚度，以獲得所需的介電強度局部電子離域化。 在實驗室中呆了整整兩天半的時間，直到第三天的下午一點，徐川緊繃的神經才放松了下來。 看著連接氬氣保護裝置的電腦，他操控儀器停止了設備的運行。 保護著內部材料的氬氣被抽離，高溫也迅速散去，在耐高溫陶瓷材料器皿中，一塊不到十厘米的銀灰色薄片正安靜的躺在那里。 這就是他忙碌了整整兩天半才成功復刻出來的第一塊‘氧化銅基鉻銀系·室溫超導材料’。 帶著實驗手套，用專門的鑷子，小心的將這塊薄膜從氬氣保護管式爐中取出來，身旁的打下手的研發人員迅速遞上了配有緩沖材料的玻璃器皿。 “測試一下這塊材料的性能。” 長舒了口氣，徐川開口吩咐道。 他沒親自去做檢測實驗，因為后面還有數塊材料在等著他完成后續的流程。 在制造第一塊材料的同時，他同步準備了數塊材料的制備。 畢竟是時隔十幾年的時間再親手制備室溫超導材料，他也不敢保證自己就能一次性成功。 按照流程，利用實驗室的設備同步進行材料的不同階段處理，多準備幾塊材料總是沒錯的。 如果一切順利的話，他能在今天下午得到至少五塊‘氧化銅基鉻銀系·室溫超導材料’。 這個數量，哪怕是十幾年沒動手了的，也應該能夠保證里面至少出一塊合規品。 現在第一塊成品出爐了，剩下的還等著他呢。 所以超導性能的實驗測試，只能交給他打下手的其他研究員了。 一旁，擔任副手也擔任測試員的研究員閔富點了點頭，帶著制備出來的超導材料朝著另一間實驗室走去。 這近一個月的時間以來，他作為專門的超導測試人員已經測試過不下兩位數的各種材料了。 而這其中，絕大部分制備出來的超導材料僅僅能夠實現低溫超導，就算是偶爾能夠做到液氮環境下的高溫超導，也只是極少數。 正當他習慣性的以為這次的材料和平常時沒有多大區別的時候，超導電磁測試系統上的數據卻讓他愣了一下。 一般來說，驗證一塊新材料是否是超導材料，需要驗證兩個條件。 第一個是材料是否有零電阻現象。 第二個則是材料是否具備完全抗磁性。 比如電阻測量。 超導材料最基本的超導性質是在超導態下電阻消失，通過在超導材料上施加電流并測量電阻，可以判斷材料是否處于超導態。 這期間可以通過測試系統改變外部的環境和條件，如溫度、壓強等等來測試這份材料在不同條件下的數據，就是臨界溫度、臨界磁場等等了。 而閔富做的第一組實驗，自然是檢測徐川制備出來的這塊材料，是否具備超導性質了。 臨界溫度測量實驗已經做過了，這次的材料非超導超導相變的溫度在123.8K，也就是零下149.35攝氏度。 這個數值如果是放到十年前，肯定是一個相當優秀的數據，它已經低于液氮的冷卻溫度不少了。 畢竟那個時候高溫超導材料的研究才起步不久。 但放到現在，只能說平平無奇了。 高溫銅碳銀復合超導材料的臨界溫度都有152K，臨界溫度更加的優秀。 讓閔富愣住的并不是臨界溫度，而是另一項參數。 壓強測試實驗數據！ 按照他的習慣，在完成了臨界溫度測試實驗后，他進行的下一項實驗是壓強性測試。 對于目前超導領域來說，超導材料的壓強性研發并不在主流研發路線上。 別看壓強是一個非常重要的熱力學維度，材料在高壓下會呈現出新奇的結構和性能，一直以來備受物理、材料和化學研究者的關注。 且金屬氫、富氫化合物、碳硫化合物等材料一度在高壓強下實現了室溫超導。 但這些材料實現室溫超導的壓強，都高的可怕。 比如2019年的時候，日耳曼國的研究團隊發現十氫化鑭在170190萬個大氣壓下，可以在逼近室溫的250260K以上出現超導性。 還有2020年米國羅徹斯特大學研發的碳質硫氫化物，也可以在高壓強下實現了室溫超導。 但這個壓強的強度，卻是整整260萬個大氣壓。 這種苛刻的條件，可以說讓這種材料除了研究價值外，沒有任何其他的實用價值。 縱然是馬里亞納海溝底部的壓強也只有1100個大氣壓，而260Gpa，是整整二百六十萬個標準大氣壓，是馬里亞納海溝底部兩千多倍。 如此夸張的壓強，除了實驗室外，可以說幾乎沒有任何的實用價值。 所以學術界和科研界在超導材料的研發上更多的目光還是在落在溫度上。 原因很簡單。 一方面是提升臨界溫度的難度，可比降低臨界壓強的難度低多了。 另一方面，也是更關鍵的是，在應用方面，制造低溫環境比制造高壓強環境容易的多。 然而眼前的測試實驗數據，卻顛覆了閔富對于基于壓強體系完成的超導材料的認知。 在這個數據下，那條原本維持著近乎平行于X軸的電阻曲線，恍若跳崖一般以接近九十度的角度直接觸底。 盯著電腦屏幕上數據，閔富干巴巴的咽了口唾沫，使勁揉了揉自己的眼睛。 他一定是看錯了！ 這不是318.651kPa，而是318.651MPa！ 不，也不對，這肯定是318651MPa！ 這個數字才應該正常！ 畢竟他從未聽說過，有哪家研究所的超導材料能夠在3000個大氣壓的壓強下室溫超導的。 哪怕是歷史上最牛逼的室溫超導材料，被學術界公開認可的十氫化鑭，也要至少170萬個大氣壓才能夠實現零電阻。 三十萬兆帕的壓強才對！ 但很快，閔富又陷入了自我懷疑中。 實驗室中的設備.這套超導電磁測試系統，能夠做到三十萬兆帕的壓強嗎？ 做不到！ 做過無數次實驗的他很清楚實驗室中的超導電磁測試設備能夠制造的最大壓強也只有十萬個標準大氣壓而已。 三十萬兆帕，這差不多達到了三百萬個標準大氣壓了。 就實驗室中的這套檢測設備，根本就不可能制造如此高額的壓強。 三百萬個標準大氣壓，哪怕是放到整個世界，能夠制造出這種級別壓強的實驗室或研究所也寥寥無幾。 因為掌握了超高壓技術的國家本身就屈指可數，任何一件能夠產生超高溫、超高壓、偏應力的大科學裝置，毫不夸張的說都是‘大國重器’。 盯著屏幕上那個標注在Y軸上的細小數據，閔富的呼吸開始不自覺的沉重了起來。 他真的沒有看錯，這僅僅是三個標準大氣壓的強度！ “臥槽” 再次重復了一遍，確認自己沒有看錯后，一句情不自禁卻又樸實無華的震驚從他口中輕輕的飆了出來。 “318.651kPa的壓強，這塊材料真的轉變成超導態了？” “這怎么可能？” 喃喃自語的念叨了幾句，閔富忽然意識到了什么，恍然從震撼中回過神來，像是瘋了一樣，拉開屁股下的椅子踉蹌了一下就朝著外面狂奔而去。 “徐徐院士！” 顧不上敲門，閔富暴力的推開實驗室的大門就直接闖了進來，連喘息都沒顧上，費力的喊了一聲。 “有重大發現！” 實驗室中，帶著護目鏡的徐川頭也不回，也沒出聲，穩穩當當的將手中的第二份超導基材送進了SC激光引導等離子體氣相沉積系統后，才轉過身來。 聽著閔富激動的聲音，看著他眉飛色舞的表情，徐川眼神中也帶著一絲激動和期待，他大概知道了發生了什么。 “超導材料，有突破？” 快速的問了一句，徐川的目光落在大口喘息的閔富身上，等著他說出那個答案。 “何止是突破！簡直是奇跡！” 閔富深吸了口氣，快速的說道：“測試實驗我還沒做完，不過電阻測量和臨界溫度測試已經做了。” “這塊新材料在123.8K，也就是零下149.35攝氏度一下會從非超導態轉變成超導態，其.” “不過這不是重點” “重點是什么？”徐川都快被閔富這按照實驗順序報告的方式搞無語了，你就不能直接說重點嗎？ 閔富也沒在于自己的細節，他面紅耳赤激動的道：“318.651kPa！” “我在對它進行壓強測試的時候，發現這種新材料，在二十五攝氏度的標準室溫下，電阻為零！” “這簡直是奇跡！” “真是不可思議！” “三個標準大氣壓的環境中，竟然有材料能夠做到超導！這簡直突破歷史.” 閔富還在激動的念叨著，徐川臉上已經帶上了笑意。 這正是他心中期待的答案，只是沒想到第一塊制備出來的材料，就符合了標準。 “走，帶我去看看。” 大國院士 第八百五十三章 318.651kPa室溫超導
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