第140章 找到高溫超導材料
第140章 找到高溫超導材料
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王建昆選擇將超導材料的研究放到靠前的位置，是經過深思熟慮的。
現在整個世界已經進入到電氣時代，電能的應用已經非常普遍，而因為電阻的存在，電能在傳輸過程中就損耗了非常大的一部分。
而超導材料的應用可以大幅度降低電能在傳輸過程中的損耗。
另外超導材料不僅是可以提高導電性，其另外的一個效應也有非常巨大的應用價值，那就是邁斯納效應。
這種效應具體的情況是：當一個超導體在磁場中處於超導態時，它內部產生的磁場強度與外磁場能夠完全抵消，從而內部的磁感應強度為零。
也就是說，磁力線被完全排斥在超導體外面。
超導材料有很多的應用場景，比如超導強磁體，超導儲能你磁體，超導電機，超導電磁推進系統，超導磁懸浮列車，超導計算機，超導陀螺儀等等。
以上的一些超導應用場景，他收集到的資料里都有科學家和工程師想到了，而且很多還設想有這麼一種高溫超導材料，然後畫出了設計圖紙。
只是現在全世界都在等待高溫超導材料的發現，這些應用也只有一些實驗室在進行前期探索，他們用昂貴的液氦做為冷卻劑，選用銅氧化物等超導轉變溫度在19K左右的材料。
王建昆之前只是搭建好了檢測實驗室，製造了3百多公斤液氮，然後按照資料上提到的一些超導材料進行復現實驗。
他按照超導發現的先後順序以及材料的臨界溫度從低到高進行測試。
首先是水銀，他先將凝固成固體的水銀用液氮進行冷卻，同時接通電阻檢測儀，當溫度來到4.2K時，其電阻果然會瞬間消失。
王建昆在固態水銀開始降溫時用超能力進行觀察了，而且他在腦海里將這一條細絲樣的水銀進行了極致放大。
此刻腦海中，無數直徑10米的巨球排列組合成一個多面長條，這些巨大的球體還在不斷的震動，外圍的電子云也在不斷的組合變化。
隨著液氦對水銀起作用，這些巨大的球體震動的幅度在逐漸的降低，外部的電子云團的變化速度也開始降下來，電阻儀上的電阻值則只有小數點後面的數字在變，說明一般的降溫並不改變電阻。
隨著溫度逐漸降低到4.2K附近時，王建昆發現這些巨球幾乎不震動了，但是外部的電子云還是在緩慢的變化，而電阻值也還是跟之前的一樣沒什麼變動。
當溫度到達4.2K那一刻，一個奇特的現象出現了，外部的電子云形成了一條比較穩固的通道，而內部的原子核也改變了微小的位置，恰好形成了一個個連續且穩固的晶格。
王建昆在腦海中把此刻的水銀原子仔仔細細的觀察，腦海中的水銀巨球上下左右的變化位置，經過多角度分析，這些原子核確實是形成了一個個特殊的晶格結構，從而將外部的電子也束縛成了一個連續的電子帶。
這種結構使得當兩邊有電勢差時，可以讓外部電子通過的阻力降為零。
水銀這種單質金屬檢測完了後，他將鋅，鋁，鉛，鎢等幾種資料上有提及的金屬也進行了超導測試。
在他的超能力觀察下，發現當溫度到達這些物質的超導臨界溫度時，原子核確實會發生微小的位置變動，從而形成一個比較規則的帶正電的晶格，從而將外層電子也束縛成一個電子帶。
這個現象如果不是用超能力觀察，現有的科學儀器是發現不了的。
王建昆思考一番後，得出了自己對超導形成原因的一番理解。
所有的原子雖然都成電中性，因為內部的原子核所帶的正電會和核外的電子所帶的負電中和。
可是這種電中和現象是宏觀上的，在微觀上是不一樣的。
因為其內部的原子核和外部的電子是一直在運動的，這就導致在極微小的時間段內，原子核要麼呈正電，要麼呈負電。
只是一般的儀器檢測不了原子的帶電性，畢竟時間間隔是現在所有儀器都達不到的檢測極限。
既然原子是會帶電的的，那麼導電也就可以理解為當有電勢差時，原子的核會起到吸引外部電子，原子本身的電子會排斥外部電子。
當這種吸引和排斥的力不相等時，就會發生導電現象了。
這也可以解釋電阻形成的原因，因為電子要經過原子核和外部電子的吸引和排斥，這個過程就是在對原子做功，宏觀表現就是有電阻存在，所以導電的過程也會有發熱的過程，而發熱就是原子因為外部電子通過時對原子進行了做功。
高中的知識里雖然將世界上的材料分成了導體和絕緣體，其實是進行了強硬劃分的，世界上沒有絕對的絕緣體，當電壓也就是電勢差達到某個程度，所有不導電的材料都會進行導電。
就比如閃電，因為電壓足夠大，電流可以在空氣中流動。
而超導現象形成，就是因為原子核在某個溫度會自發的形成一個個規則的連續穩固的帶正電的晶格。
之前的不規則晶格雖然能夠導電，可是不同晶格之間的還是有電勢差的。
沒形成超導態的材料，其內部的晶格就好比是一個個台階，電子每上一級台階都要耗費一些能量。
而形成超導態的材料，其內部的晶格瞬間就貫通形成了一個真空管道，當兩邊有電子時，可以讓電子以超高速通過，而且不消耗任何能量。
為了驗證自己的理解是否正確，王建昆在單元素超導現象觀察完成後，又開始了多元素材料進行觀察。
在觀察好幾種化合物的超導變化過程中，王建昆確信自己的理解沒有錯，形成超導的原因就是跟他想的一樣。
既然原因找到了，他將觀察到的信息告訴智子，讓智子幫忙分析計算，看是否能夠用智子的超級計算能力發現新的超導材料。
智子根據王建昆觀察的數據，用它的量子計算能力進行計算。
沒多久它就結束了，告訴王建昆如果要找到高溫超導，還需要進行全元素周期表的元素降溫觀察。
因為超導能夠形成，跟原子核的震動是密切相關的，有些元素不管在什麼溫度下，其原子核都不能震動組合成規則的連續穩固的晶格。
但是跟其他元素結合後，又有可能形成這種奇特的結構。
所以要想通過計算發現超導新材料，那必須有足夠的數據，才有可能計算得到。
而且不僅僅是單質的降溫數據，還需要其與多種元素組合後的降溫數據。
不過王建昆為了早點得到可用的高溫超導材料，選擇了縮小範圍。
他決定以鋁作為主材進行研究。
鋁作為地殼中含量最多的金屬元素，今後如果需要大規模應用，不會受到原材料來源的困擾。
而且單質鋁本身就能夠在1.2K時發生超導現象，所以選它作為超導主材，是有極大的成功率的。
鋁本身的機械性能，延展性，切削性等都很優秀，如果今後研究出的材料里鋁的占比較大的話，將鋁基超導體做成線纜，做各種超導元器件都會非常方便。
主材選定後，接下去就是要篩選輔助材料了。
中醫里用藥有君臣佐使，按照黃帝內經的解釋，那就是不同的材料要起到不同的作用，從而達到解決病因的效果。
那麼在選擇輔材時，一些明顯不合適的就要先剔除出去，只有實在沒辦法的情況，才會考慮那些被篩選出去的。
首先不合適的就是放射性元素了，肯定是不能使用它們作為輔材的，如果用了，那麼這種超導材料的使用場景將會大大的減小。
其次就是價格昂貴，儲量稀少的一些元素，比如金，鉑，銥等等，這類元素除非是萬不得已，找不到普通元素，才會考慮這類。
最後一種就是氫元素，惰性元素，氫元素不用是因為其原子太小，在金屬化合物中容易剝離從而發生氫脆現象，惰性元素則是因為它們很難與其他元素發生化合反應，今後要工業生產，很難反應就代表著需要用到高溫高壓等手段，生產會變得非常困難。
排除了這些元素後，王建昆列出了今後一段時間要進行數據收集的測試計劃表。
這個9月，他將主要待在婺源，一邊進行微機培訓班的培訓，一邊指導高考衝刺班的學生，同時也要進行超導材料的研究。
當天晚上，王建昆列好計劃後，就讓智子幫忙出15套高中知識點摸排測試題，出完題目後，他用超能力直接製造了15套，準備明天拿給校長，讓他去安排考試。
接著他又用超能力製造了100本編程入門資料，準備帶給校長，讓他去找人分發給有意參與微機培訓班的人。
……
「校長，測試題和編程資料我帶來了，放哪裡比較好。」
上午9點左右，王建昆騎著摩托車將資料帶到學校，然後趁著校長開完會回來就拿到他的辦公室。
「建昆，你效率挺高啊，這麼快就準備好了，我還以為你要到下午才拿來呢。」
「資料都是存儲到電腦里的，我用印表機列印出來裝訂好就拿來了，不過高考衝刺班的資料今後就會慢點了，畢竟會根據他們的答題情況進行微調。」
「理解，你也要注意休息，你把資料放好了就回家吧，等有結果了我再拿給你。」
「好啊，昨天忙太晚了，我就先回去了，明天上午的這個時候我再來吧！」
其實他昨晚主要還是研究超導材料研究得太晚了，用超能力製造這些學習資料和編程資料根本沒花多少時間。
離開校長室後，王建昆在學校里轉悠了一會才出校門，到東門橋下買了一些吃的帶回到基地里。
回到基地後，他按照昨晚列的計劃表，開始了一種種元素的降溫測試。
隨著他這幾天的放大觀察，他的超能力也在逐步變強，其能夠投射的範圍來到的300米了，而且能放大的倍數也加大了一些。
隨著放大倍數的增加，他發現原子並不是時刻保持著球形的，原子核的形狀會因為外部電子云的位置和密度發生微小形變，而外部電子云也會受內部原子核的震動而改變形狀。
不過他現在還分析不出來相應的變化機理，只能是進行觀測，同時把觀測的數據給到智子讓其進行記錄分析。
不過他猜想這些變化肯定是跟某種力有關，而更深層次的原因則很有可能是因為組成這些質子，中子和電子的外觀基本粒子在運動，從而引起了這種原子形變。
一整個白天，王建昆測試了15種元素的降溫突變情況，這些元素大部分都是在絕對零度附近才發生超導現象，只有3種在2，3K時發生超導現象。
對於大部分位置在絕對0度時都發生超導現象，他也進行了一番分析理解。
那就是絕對0度狀態下，元素的震動完全消失，在那瞬間就能形成穩固且規則的連續晶格，外部的電子云也同時形成電子帶。
這裡面或許還有基本粒子的一些性質在起作用，不過這只是王建昆的一個猜想，他現在還觀察不到那麼微觀的結構，得等到大型粒子對撞機建造完成後才有可能觀察到。
不過建造大型粒子對撞機最好還是要有高溫超導材料，不然用現在發現的低溫超導材料或者用堆材料的方法去製造強磁場，需要耗費的能量可能不是現在的他能夠維持的。
而如果有高溫超導材料或者常溫超導材料來建造大型粒子對撞機，那麼在能耗上將降低1，2個數量級。
而且整個建造難度也能夠大大的降低。
接下去的幾天，王建昆白天進行超導材料研究，晚上在6點到10點之間去給高考衝刺班進行培訓。
到第二周時，他又開始了微機培訓班的教學工作。
微機教學時，郎駿建也作為輔助人員參與，這個月過後，這個培訓班的教學工作就要交給他，畢竟之後這些人將在他的帶領下去開發一款款軟體了。
此次的微機培訓班總共只招到16個二中的學生，而且都是高三的學生，他們覺得想考上理想的大學是比較難了。
這並不是因為他們笨，而是因為他們都有些偏科，這16個學生里有14個數學很好的，物理和化學也還行，可是英文和語文太差了，王建昆看完後都覺得要補上特別難.
另外兩個的邏輯思維能力很強，英語也比較好，就是數學和物理成績一般，所以要考上大學也比較難，所以就準備來這個培訓班試試看。
二中之外的人員也招到了10個，幾乎都是學校教職工的子女或者他們親戚朋友的子女。
王建昆對第一批學員很是看重，測試卷親自批改，前面的幾節課也親自上，希望這些人都能順利通過結業考試，能夠參與到後續的軟體開發項目上來。
就這樣有規律的過了兩周，王建昆也完成了所有計劃中的元素測試。
將數據都交給智子後，經過智子大半天的計算，2種可能成功的超導材料被智子計算了出來。
第一種概率最高，有98%的可能，其超導臨界溫度預計是218K，鋁元素占比85%，鋰元素占比10%，氧元素占比3%，鈦元素占比1.2%，鎵元素占比0.8%。
第二種概率有86%，其超導臨界溫度預計是203K，鋁元素占比92%，鎂元素占比4%，氧元素占比2%，鈦元素占比0.6%，鎵元素占比0.8%，錫元素占比0.6%。
而且智子還提供了這些元素的化合物中的位置結構，這方便了王建昆用超能力進行試製。
1982年9月26號號星期天，王建昆搭建好測試環境，製造了乾冰降溫系統，然後根據智子提供的超導材料元素組合圖，製造出了兩根長20厘米，直徑3毫米的細導線。
兩端接上電阻測試儀，將乾冰加入降溫裝置後，等待了1分鐘左右，兩個電阻測試儀上的電阻變化曲線出現了斷崖，這代表著這兩款材料都是超導材料。
雖然對智子的計算分析能力有一些期盼，可是就這麼一次成功，王建昆還是覺得有些不適應，他還想著可能會需要無數次的調整結構和元素比例，通過不斷試錯的方法才能找到。
但是智子通過大半天的計算，就成功的找到了兩種高溫超導材料，而且是在乾冰溫度之上的材料，這代表著這兩種材料的應用價值非常大。
懷著激動的心情，王建昆對這兩款材料進行了一系列的測試，測它們的最大電流和最大電壓的承載能力，最大的磁場強度等等。
完成測試後，他將第一種超導材料命名為CD218，第二種材料命名為CD203。
對於這兩種材料今後的用途，王建昆覺得CD218適合製造型材，用於一些重要的部件上，而CD203製造線材比較好，畢竟鋁的元素占比多。
平復完激動的心情後，王建昆用超能力試製了幾十種不同規格的線材和型材，準備用這些材料製造一些設備出來看看。
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