石墨烯的常溫超導形態的發現,會不會使國內投入巨大的超高壓輸電失去意義呢?

張鉑2


答:石墨烯在超低溫下可以實現超導性能,但臨界溫度接近絕對零度,還無法實現常溫超導;而且石墨烯製取技術不完善,生產成本高,未來很長一段時間內,還得以超高壓輸電為主。


常溫超導體指的是在0℃左右,實現超導性能的材料;目前超導溫度最高的是銅氧超導體材料,臨界溫度在135K附近,在高壓下臨界溫度為164K(-109℃),距離常溫超導體還差很遠。

關於石墨烯的研究,是目前最有希望獲得常溫超導體的途徑之一;石墨烯指的是單層二維碳納米結構,碳原子與鄰近原子形成π鍵,鍵與鍵之間夾角為120°,類似蜂窩形狀。

多層石墨烯疊起來就是鉛筆芯中的石墨,但是石墨烯和石墨的物理性質有著很大的差異,目前的技術難點在於,如何把單層石墨烯剝離出來。


石墨烯有著許多優良的物理性質,比如石墨烯是目前已知強度最高的材料之一,有著良好的韌性,載流子遷移率是硅材料的十倍,導熱性極佳,光學性能出色等等。

石墨烯十分穩定,非常適合作為宇宙空間探測器的電路材料,如果把單層石墨烯捲曲起來,就形成了碳納米管,科學家發現,碳納米管直徑在0.7nm、溫度0.00015K時,會表現出超導性能。


2018年12月18日,美國麻省理工學院的博士生曹原(1996年出生),登上了《自然》雜誌2018年度影響世界的十大科學人物榜首。

曹原的研究發現,兩層石墨烯的堆砌角度在某些情況下表現出絕緣體,但是當堆砌角度約1.1°時,石墨烯突然轉變為超導體,這一特殊角度被稱作“魔角”。

但是該超導特性需要在1.7K(-271.45℃)才能實現,這一發現對超導研究有著重大意義,自從銅氧超導體材料被發現以來,已經過了30多年,但是關於銅氧超導體材料的理論研究卻進展緩慢。


而石墨烯中堆砌角度的微小改變,就能產生超導性能,這是以前科學界從未發現過的,意味著在超導現象中,還有著許多未被人所知的奧秘。

類似的情況,是否會出現在其他超導體中還未知,這一發現極有可能為常溫超導體的理論研究開創道路,甚至揭開超導體的奧秘,所以曹原的發現非常有意義。


目前超導體的臨界溫度停滯在164K,30多年來沒有任何推進,雖然石墨烯的超導現象給科學家開闢了一條新道路,但是距離常溫超導體的研究還有很長的路。

而且石墨烯的製備技術不成熟,生產成本很高,就算關於石墨烯的常溫超導材料被發現,也不是一時半會能普及的,可能需要幾十年甚至更長的時間,所以我國的超高壓輸電系統,在未來很長一段時間內會起著重要作用。


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艾伯史密斯


石墨烯是一種由碳原子按正六邊形構成的薄膜材料,它只有碳原子這麼厚。它也被視為一種“二維材料”。當然,它並不是真正的二維。

圖:石墨烯結構

石墨烯這種材料曾經被認為只是存在於理論中,但在2004年,英國科學家安德烈.海姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫成功的從石墨裡面分離出石墨烯。而且靠的不是什麼高科技手段~利用透明膠帶從石墨上粘下來。然後,他們就獲得了2010年諾貝爾物理學獎。天才的想法加上行動力這就是成功啊!

圖:他們製備石墨烯的工具

石墨烯被分離成功後,它一系列優異的性質被迅速的發現,它是最堅硬的納米材料、導熱係數非常高、是目前常溫下電阻最低的材料等等。應用前景也非常廣泛。

2018年,在麻省理工大學讀博的中國留學生曹原,以第一作者的身份在《自然》雜誌發表了兩篇論文,揭示了兩層石墨烯材料疊放成一起時,如果兩層原子間夾角為1.1度,材料就會表現出超導特性。這就是所謂的“魔角”。目前它實現超導仍需要被冷卻到1.7開(-271.45℃)。它或許能夠幫助人們找到高溫超導(能夠在液氮的溫度下形成超導)材料的奧秘。

圖:曹原

目前,關於“魔角”的研究還處於初級階段,還沒有實現高溫超導,更不用說常溫超導了。而且,單層的石墨烯材料非常難以製備,工業應用還差得很遠。

電力是一個基礎產業,不能等到技術發展到很高的水平再進行建設,現在應用超高壓輸電與今後可能出現的常溫超導輸電並不矛盾。在數十年後,常溫超導材料可能大規模的應用於輸電,但我們不能夠等待超導技術成熟後再進行電網建設。事實上,新技術不斷的在出現,電網也在不斷的更新著新技術設備,但不會將還沒有到達退役年限的設備完全退役,更換成最新式的設備。成本是重要的考量因素之一。


講科學堂


論超導與愛情的關係,繼相聲與水利的關係之後,這將是人類發展史上第一等重要的學木命題![鼓掌][鼓掌]

基本預想論題:愛情很可能是人類精神世界的一種超導現象形成的愉悅!前提是將一切無阻礙傳輸都定義為超導現象,這個看似奇怪的想法就可以作為一項課題加以驗證!如果可以驗證超導是物質能量裂隙下的電子洩洪現象,電力超導將被驗證,若是該能量裂隙下的能量粒子洩洪現象確定存在,我的猜想將被驗證!它的意義在於,所有努力方向集中於創造謀種能量裂隙實現超導!當然也可能是特定磁場,導致電子洩洪事件,或者能量洩洪事件!

圍繞這猜測,尋找證據對它加以證明,為人類長期想往卻無法根本的解釋的愛情現象找到可能答案。

把人類困惑的問題儘可能減至最少。。。深知肩上責任重大!

涉及到物理領域的超導反歐姆定律,人的精神領域,婚姻制度,反婚姻制度,人類繁殖的動力。。。

以後人們研究我的時候,很可能會歸類為某種精神類疾病的典型案例,但是,我要堅定的說,我不怕!

歡迎有志青年加入本課題小組,帶上熱情和投資,我們輕裝出發!出發出發!

本命題很可能解決物理學界的常溫超導目標,尤其是常溫,愛情的發生就是在常溫下,符合條件,如果成功,將推動人類進步速度快三五十年,如果肯帶著錢來一起幹,名字!可以寫在我前面。

一直以來,人類在介質超導裡奮鬥,很可能是錯誤的。如果轉向無介質,薄介質,趨零介質超導,比如雷電的傳導介質與超導。。。很可能會實現預料不到的成果。所以希望有志向的你,向我走來,尤其是帶上你的錢。。。這個很重要!

關於愛情與超導,看上去我像騙子。

那麼那些想實現常溫超導的人,偏偏在實驗室,設定條件,低溫,設定其它條件,耗費資財,一切成功在常溫下,立刻變成無用投入。。。。他們不是更像騙子?這個是賭博,遊戲本身可能更重要吧!高級知識分子就象跳大神的,玩一些常人難以理解的,然後就給自己耗費民脂民膏找到合適的藉口!


障目先生


石墨烯的常溫超導形態的發現,會不會使國內投入巨大的超高壓輸電失去意義呢?

看上去這確實是個比較尷尬的問題,畢竟常溫超導材料普及之後,所有的通電線路都沒有電阻,那麼為了損耗而提高的電壓也就沒有了用武之地!是否我們當前如火如荼正在實施超高壓輸變電工程真成了擺設?我們又該如何面對未來的常溫超導應用局面?

超導體是指在某一特定的溫度下,電阻突然變為零的導體!不過一般在實驗中將電阻值低於10^(-25)Ω即認為電阻為零!除了零電阻特徵,超導體的另一個重要特徵是抗磁性,上圖就是懸浮於超導體上方的磁鐵,這種效應成為邁斯納效應!

這種錯開了一定角度的兩層石墨烯材料,就是傳說中的常溫超導材料,不過與傳說中的常溫超導有一些出入的是它仍然需要比較特殊的條件,比如在1.7開(-271.45℃)的條件下得到!它是2018年時在麻省理工大學讀博的中國留學生曹原發現的,當時由他的導師帶領下開創性的將兩層材料以一個1.1度的角度錯開時得到!

石墨烯是一種由碳原子呈蜂巢晶格的二維碳納米材料,它具有優良的光學、力學以及電學性能,在高強度材料以及未來的超導中都將會有極為廣泛的應用,儘管它具有優良的性能,但迄今為止由於生產工藝,以及實際應用與產業發展上都是雷聲大雨滴小!那麼它所具有的常溫超導潛力未來可以橫掃超高壓輸電嗎?

要了解這個問題我們必須得了解下超導體的三個臨界參數,分辨是:臨界轉變溫度Tc、臨界磁場強度Hc和臨界電流密度Jc。超導體必須同時處於三個臨界條件內時超導條件才能成立!而這其中最關鍵的是臨界電流目睹,當超導體內通過的電流大於臨界電流密度時,超導體即刻恢復為正常狀態!

簡單的說即使實現了常溫超導,那麼它的電流仍然不能無限制增加,而且從東到西,從夏到東這個條件變化是極大的,至少在未來很長的時間內都不會有一種常溫超導材料可以達到如此溫度寬度以及各種惡劣的簡陋條件下超導!它仍然需要比較特殊的環境!從理論上來看特高壓輸電和常溫超導一點都不矛盾,即使實現了常溫超導,那個成本使用條件一樣令人難以承受,而特高壓依然可以在這上面有非常優秀的表現!


星辰大海路上的種花家


任何科學技術的發展都必須適合當時的背景;科學技術的發展是螺旋上升的;理解了這兩點就沒有疑惑了


骨科那些事兒


《自然》雜誌發表過的虛假論文可謂堆積如山!包括眾所周知的心肌細胞再生術論文數千篇!潘建偉、郭光燦、金賢敏等人的光量子偽科技論文一大堆!

中國人已形成靠肺活量製造假大空的變態性格!久不久又有人重複炒作一下曹原那些十分可疑的超導現象,上下兩層石墨烯成1.1度交角即產生常溫超導的結論,在未經他人反覆驗證之前,不足為信!當你看到曹原是出自全球最大的偽科技製造中心(中科大)時,更令人生疑!


池昭新一城市新模式


不會的,未來幾十年石墨烯超導體是不會產業化的。先簡單說說石墨烯,石墨烯是一種二維碳結構,因為碳有四個鍵,其中三個鍵,通過sp2雜化形成的六邊形單層結構。還有一個自由鍵形成大派鍵,因為是自由電子,因此導電能力很強。石墨烯的製備,目前又幾種方法,物理剝離法,這個方法基本不可能製備石墨烯,因為石墨烯的厚度只有0.335納米,只有一個原子厚度,用棒槌做微雕,不可能,只能把石墨片磨細,最終又幾層的,幾十層,幾百層,幾千層的石墨片。氧化還原反應法,把石墨用強酸氧化上含氧基團,把石墨層間膨脹起來,再剝離,可以剝離到幾層,然後再用強鹼還原,不但汙染環境,而且還原不徹底,大大影響石墨烯優良的導電性。CVD法,化學合成法,把含碳化合物再高溫下分解,在基板上沉積生長出石墨烯,稍微不注意就成了多層石墨烯,即便是單層石墨烯,因為太薄,電子顯微鏡幾乎抖看不出來,如何轉移出來?只能和基板一起使用,很難大規模量產。而目前能做的,能夠量產的也就是多層石墨烯,多層石墨烯就喪失了超導的特性。只能單層石墨烯合在一起才能實現超導,別說肉眼,電子顯微鏡抖幾乎看不到,0.335納米,也就是說,三百萬層石墨烯厚度才能達到一毫米,要產業化要大規模輸電,目前想想得了,或許幾十年之內只能在實驗室躺著了。


天高兮雲淡


想當年蔣介石的老婆宋美齡也和你一樣想。反正現在買的飛機過兩年就落後了,還不如將錢存到美國銀行裡吃利息。結果呢……


虎哥30158


太天真了吧!我國特高壓輸電線用的材料是啥??連銅都捨不得用會用石墨烯技術嗎??石墨烯是一個留學生髮現的,這專利賣不賣給我們都是一回事呢!


雨天173249106


可笑的問題,不論前期投入多大,如果有革命性技術出現絕對要重點投入進去。這是發展必然,從大的說可能是一次工業革命,影響心情國運的東西,這個可以參考我們的電子芯片行業,一步落後步步落後,受制於人。小的可以參考諾基亞企業的消亡,安卓出現以後,諾基亞死守自己塞班系統最後如何?

反過來說,就算石墨烯技術成功,輸電效率遠超傳統超高壓,那麼替換也必須是一步步來,這個新系統的建立必須要大量投入人力物力拉動新就業和產能。利國利民,功在當代,利在千秋。錢只有國家花在工程上才能流入市場和人民手中。


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