超导是指一种物质在低温下表现出的特殊电性质，即在某一临界温度以下，电阻将完全消失。这种现象最早于1911年被荷兰物理学家海克·卡末林·奥尼斯（Heike Kamerlingh Onnes）首次观察到，他用液氦冷却汞样品，发现在4.2K（开尔文温标，相当于摄氏度的-268.95°C）时，汞的电阻急剧降低至零，成为了第一个超导体。

超导的主要特征包括零电阻和完全排斥外部磁场（即迈斯纳效应），这使得超导体在电流传输和磁场应用方面具有重要应用价值。

零电阻：在超导状态下，材料的电阻为零，这意味着电流可以在其中无阻碍地流动。一旦电流开始流过超导体，它将持续不衰减地流动。

完全排斥磁场：超导体在超导状态下对磁场具有完全排斥效应，这称为迈斯纳效应（Meissner效应）。当超导体处于超导状态时，外部磁场会被迫完全从材料内部排斥出去，导致超导体内部没有磁场。

在这个时候，超导体内部的电子会组成特殊的团体，称为“库珀对”。这些库珀对会协同工作，一起把超导体的内部变成一个“磁场排斥的领地”。

当外部磁场进入超导体附近时，Meissner效应会使超导体内部产生一个反向的磁场。这个反向磁场与外部磁场抵消，使得超导体内部没有磁场。实际上，超导体变成了一个“磁场隔离器”，外部磁场就像被弹开一样，无法穿透到超导体内部。

图源：Pixabay

结果是，超导体内部没有磁场存在，而外部磁场被完全排斥，这使得超导体在磁场方面表现得非常特别和有趣。

但是，最主要的限制在于温度要求。目前大部分超导材料需要在极低的温度下才能表现出超导性，这被称为临界温度。

临界温度往往是几个开尔文（K）以下，甚至接近绝对零度。这种极低的温度要求限制了超导技术的应用范围和成本。
一旦室温常压超导实现，足以掀起一轮技术革命！

超导材料的革命性突破将彻底改变与电相关的一切。所有现有的电机、发电机、变压器等设备都将被重新做一遍，使用超导材料后它们的效率将大幅提升，重量和体积将显著减少，并且不再产生发热和能量损耗，功率也将大幅增加2-3倍。新能源汽车如果采用常温超导材料制造，其性能将变得令人难以想象。

超导材料在电线和长距离输电方面的应用将彻底消除电阻，从而大幅提升整个电网的性能。电磁弹射、电磁武器和磁悬浮轨道交通等领域也将受益，其性能将得到质的飞跃。

这场超导技术革命将对全球经济产生巨大的影响。全球范围内更换电机和电线将成为庞大的工程，带来巨大的需求和就业机会，激活整个世界经济。这一技术的普及也将带动材料和化学行业的繁荣，无数工程师将不断攻克相关技术问题。
超导体的广泛应用将带来普惠效应，让所有人从富豪到贫民都获得生活水平的飙升。所有用电设备的性能都会大幅提升，电力行业和相关公司都将受益匪浅。广大生活在电气化社会的民众也将因此获得更多的收入和提高生活水平的机会，这一场技术革命将在全球范围内带来积极变革，就像以往历次技术革命一样。

新的工业革命即将展开，带来财富的重新洗牌，全球经济格局将发生巨大变化。

现在的大国博弈相比之下似乎不再那么重要，科技和工业成为新的决战之地。

这一切并非科幻电影，而是在室温超导体面前变成了现实。

供稿单位：重庆市无线电科普体验中心

审核专家：杨耀辉

声明：除原创内容及特别说明之外，部分图片来源网络，非商业用途，仅作为科普传播素材，版权归原作者所有，若有侵权，请联系删除。

来源: 重庆市科学技术协会

内容资源由项目单位提供