石墨烯超导能灭火吗

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• 扫千军独求败

  答：石墨烯在超低温下可以实现超导性能，但临界温度接近绝对零度，还无法实现常温超导；而且石墨烯制取技术不完善，生产成本高，未来很长一段时间内，还得以超高压输电为主。

  常温超导体指的是在0℃左右，实现超导性能的材料；目前超导温度最高的是铜氧超导体材料，临界温度在135K附近，在高压下临界温度为164K（-109℃），距离常温超导体还差很远。

  关于石墨烯的研究，是目前最有希望获得常温超导体的途径之一；石墨烯指的是单层二维碳纳米结构，碳原子与邻近原子形成π键，键与键之间夹角为120°，类似蜂窝形状。

  多层石墨烯叠起来就是铅笔芯中的石墨，但是石墨烯和石墨的物理性质有着很大的差异，目前的技术难点在于，如何把单层石墨烯剥离出来。

  石墨烯有着许多优良的物理性质，比如石墨烯是目前已知强度最高的材料之一，有着良好的韧性，载流子迁移率是硅材料的十倍，导热性极佳，光学性能出色等等。

  石墨烯十分稳定，非常适合作为宇宙空间探测器的电路材料，如果把单层石墨烯卷曲起来，就形成了碳纳米管，科学家发现，碳纳米管直径在0.7nm、温度0.00015K时，会表现出超导性能。

  12月18日，美国麻省理工学院的博士生曹原（1996年出生），登上了《自然》杂志度影响世界的十大科学人物榜首。

  曹原的研究发现，两层石墨烯的堆砌角度在某些情况下表现出绝缘体，但是当堆砌角度约1.1°时，石墨烯突然转变为超导体，这一特殊角度被称作“魔角”。

  但是该超导特性需要在1.7K（-271.45℃）才能实现，这一发现对超导研究有着重大意义，自从铜氧超导体材料被发现以来，已经过了30多年，但是关于铜氧超导体材料的理论研究却进展缓慢。

  而石墨烯中堆砌角度的微小改变，就能产生超导性能，这是以前科学界从未发现过的，意味着在超导现象中，还有着许多未被人所知的奥秘。

  类似的情况，是否会出现在其他超导体中还未知，这一发现极有可能为常温超导体的理论研究开创道路，甚至揭开超导体的奥秘，所以曹原的发现非常有意义。

  目前超导体的临界温度停滞在164K，30多年来没有任何推进，虽然石墨烯的超导现象给科学家开辟了一条新道路，但是距离常温超导体的研究还有很长的路。

  而且石墨烯的制备技术不成熟，生产成本很高，就算关于石墨烯的常温超导材料被发现，也不是一时半会能普及的，可能需要几十年甚至更长的时间，所以我国的超高压输电系统，在未来很长一段时间内会起着重要作用。

  好啦！

• 网络蜘蛛爬行者

  这些技术的出现确实会改变世界，我来简单谈一下超导和石墨烯

  超导材料目前研究方向是室温超导，也就是在常温下，甚至是常压下实现超导。一旦实现将是跨时代的进步，比如可用于磁控核聚变的约束装置（人造太阳）、航天、军事等领域

  石墨烯为代表的是一类二维材料，比如氮化硼、二硫化钼、二硫化钨等等，应用点主要在于微电子、传感器、太阳能电池等领域，最大的优点是成本低、效率高，易于制备（如：溶液法）

• 火之意志lh

  超导原理，说搞清楚了，其实早搞清楚了；但是说没搞清楚，其实也真没弄明白。

  为什么这么绕口？同学们需要先增加一点知识储备。

  搞清楚的超导原理

  现代社会最离不开的东西是什么？

  手机！----把这个网瘾少年拖出去！

  是电，OK?----没有电，你玩个球手机！

  好了，这下接近本质了。对于金属导体来说，电流的本质是电子的移动，温度的本质是原子的振动。而电子在导体的移动中，会和振动的原子发生碰撞，就产生了电阻。如果导体中原子不震动了，电阻岂不就是零了吗。

  这个思路正确无比，所以，超导原理很简单，降低温度，当原子振动减弱到可以让电子无阻力移动了，就实现超导了。

  这就是搞清楚的超导原理，非常简单粗暴直接吧。

  可惜，实现起来，一塌糊涂，绝对零度或者接近绝对零度，和超光速一样，难度大到逆天。现在搞的超导，包括题主提到的石墨烯超导，都是绝对零度以上一点点的超导，实际应用几乎为零。

  没搞清楚的超导原理

  真正有实际意义的超导原理，是实现非绝对零度下的超导性能，而且实现温度越高，原理越正确，当到达常温状态之下，仍旧能实现的话，那就是超级革命性的超导原理！

  1911年，有个科学家玩汞冷却，当温度玩到4.2K时，无意中实现了超导。然后用四十年时间，回味发生的这一切，弄出了一个BCS理论。简单的说，就是超导的关键靠电子对。根据这个理论，超导上限温度为40K。期间，科学家把超导温度刷到了23K。

  时光飞逝，七十多年过去了，时间来到了1986年。这是一个充满奇迹的年份。

  德国科学家柏诺兹和瑞士科学家缪勒，发现钡镧铜氧的金属氧化物陶瓷有超导电性，临界温度约为35K。这下子炸了锅，因为这个超导材料是绝缘体啊，哪来的电子对！

  这就是原来的理论被推翻的节凑了，大家马上疯了。

  仅仅一年，超导温度刷到了123K！

  可是理论，理论怎么办？

  没办法，只能给BSC理论打补丁----俩电子间存在强关联作用，不管多少温度，都得形成库珀对！

  但这个明显凑合的理论，并不能指导接下来的科技发展，超导的路子一阵狂欢过后，又陷入了沉寂的死胡同之中。

  低温超导、高温超导、常温超导

  同学们知道，液氮的温度是77K，-196℃，我们把77K作为一个临界点，在此温度以上的超导材料称为高温超导。与之对应的，低于77K的材料，就是低温超导。

  为什么这样区分？因为液氮便宜啊，星巴克做咖啡都放它，跟添加二氧化碳进可乐一个用法。所以高温超导还是可以进入民用范畴的。

  但是低于临界温度的超导材料，那就得上液氦液氢了，这就只能国家重点实验室里面玩一玩啦，普通人可消费不起。

  至于，常温超导，那就得到达20摄氏度，目前，大家想都不用去想啦。

  结语

  能搞好高温超导就很厉害啦，常温超导，大家就睡梦中想想吧，估计和可控核聚变一样，可望而不可及啊。

  理论，还是理论的空缺惹得祸，没有基础理论指导，没法子科技突破啊！

• 和蔼的悠游

  这又是一个媒体乱报道的例子。

  曹原的工作分为两篇文章，分别是《Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices》和《Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices》。

  只需要看看摘要就知道，石墨烯“魔角”产生的超导距离常温超导还远得很：

  图中高亮的一小段：1.7 kelvin，也就是1.7开尔文。

  可以看到，在角度为1.05度的「魔角」处，电阻会在1.7K左右的时候突然降低到零。这就是超导。

  但是1.7K的温度，离「常温超导」还差得远呢！

  0K到1K的温差，就相当于1摄氏度到2摄氏度的温差。而零摄氏度在开尔文温标下，相当于273K！所谓的「常温」，大概需要达到300K的转变温度才可以。

  现在比较高温的超导体，大概能达到100多K的转变温度，也就是零下一百多度。即便是这么低，也已经是非常之高了。

  那么，既然转变温度这么低，为什么能发顶级期刊呢？为什么是很好的工作呢？因为曹原的工作开启了一个新的范式----在二维、石墨烯六边形结构上的超导。

  前段时间还有另一个新闻，赵忠贤院士领导的铁基超导体获得了国家自然科学进步一等奖，温度其实也就40K。为什么就这么重要呢？因为这是一个全新的体系。在传统的BCS理论中，铁基很难产生高温超导。

  他们的转变温度虽然低，但它们就像是新生的婴儿一样，不可限量。传统的铜基超导研究了这么多年，距离室温超导还非常遥远。开启一个新的体系、范式，找到更多的可能性，是非常重要的一件事。

  曹原的工作就是这样的，通过二维结构的重叠，产生更大尺度的几何结构，进而产生超导。这是极为漂亮的工作，也同样开启了一个新的体系。

  科学哲学家托马斯?库恩在他的名作《科学革命的结构》中也指出，科学的进步，常常不是渐进发展的，而是一个新范式代替旧范式的过程。由此可见，范式、体系，是极为重要的。提出新体系，即便性能不一定好，但永远都是重要的科学工作。

• 沤缺匚

  从理论上讲，任何物体在一定温度下都能成为超导体。只能告诉你，石墨烯在常温下不是超导体，至于什么温度下能成为超导体，目前还没有看到相关的研究成果。