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来源:壹图网

室温超导LK-99复现成功?未来会有哪些新兴投资方向?

2023-08-03
转载
对于能源的开发与使用效率的探索,贯穿了人类社会始终。

本文转载自:顺为资本。猎云网已获授权。

“Unobtanium”是一类矿石的总称,宇宙到处都拥有这种物质。在詹姆斯·卡梅隆的电影《阿凡达》描绘的世界里,“Unobtanium”被形容为:罕见的常温超导体,拥有奇特的磁场,在潘多拉星的磁场作用下,能够形成这壮观的巨石浮空景象。在电影中,人类为了抢夺“Unobtanium”,不远万里来到潘多拉星球大开杀戒,因为取得“unobtanium”,就好像掌握了人类世界的能源圣杯,彻底改变人类的能源结构。

能源是推动人类社会进步的燃料,对于能源的开发与使用效率的探索,贯穿了人类社会始终。这也是为什么本次室温超导技术的突破能够引起全球科技界的瞩目。‍‍‍

自 7 月 22 日韩国团队首次发布论文起,复现论文中室温常压超导体 LK-99 的试验成为各国实验室的首要任务。十几天来,质疑和肯定的声音并存。

在下文中,顺为投资团队的 90 后博士投资人生冀明与我们分享了近两周对于本次室温超导技术突破的梳理与看法,你将了解到:‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

本次事件的缘起以及各国实验室进展如何?

如果该室温超导材料被确认意味着什么?

为何业内人士认为材料合成成功的过程像是中了彩票?

如果复现成功,距离商业化还需要多久?

从一级市场的角度来看,未来会有哪些新兴的投资方向?

……

以下为全文分享:

一、本次室温超导热潮的进展过程与最新近况

本次室温超导热潮的缘起是 7 月 22 日,在 ArXiv(注1)网站上韩国量子能源研究中心、高丽大学团队同日上传两篇文章,声明他们在世上首次合成室温常压超导体 LK-99。

这是一种由铅、铜、氧、磷四种常见元素构成的材料,质量占比分别约 74%、3%、16%、7%。其中较早发布的一篇文章标题即为“The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor”,也就是“第一种室温常压超导体”。

寻找室温常压超导体被认为是现代物理学中的一座“圣杯”,因此之后的一周内,“超导体”在网络上的搜索热度暴涨,同时全球多家实验室都开始了对文章结果的验证性研究。

而且,由于文章中公开了其材料的制作方法,且制作原料、工艺都较简单(以氧化铅、硫酸铅、铜、磷等为原料经过最高 925 摄氏度的 3 次烧结,总用时约 3 天),因此材料的“亲民”属性进一步促进了热度增长,一些社交媒体账号也加入验证大军,全民超导热一时兴起。

8 月 1 日,美国劳伦斯伯克利国家实验室在 ArXiv 上传文章,通过密度泛函理论模拟计算初步(至少是部分地)支持了 LK-99 的超导特性。

同日,俄罗斯一位名叫 Iris Alexandra 的网友在 twitter 上宣布制备出 LK-99 材料并复现材料的磁悬浮现象以体现其抗磁性。

中国华中科技大学博后武浩也完成样品制备并复现材料的磁悬浮现象,展示视频于 8 月 1 日以“LK-99 验证”为标题于 B 站“关山口男子技师”账号发布,并在 2 天内登上 B 站排行榜最高第 1 名。

同日,知乎 IP 安徽可能来自中科大的答主“半导体与物理”也上传了视频展示复现材料的磁悬浮现象。如果说之前室温超导的热度还是来自大众之前多次经历 “狼来了”之后的半信半疑搬凳吃瓜,那么 8 月 1 日的结果则给了大众更多信心,包含超导关键词的美国超导(AMSC)股票甚至当日盘前涨幅最高达到 100%+。

二、如果该室温超导材料被确认意味着什么?

由于即使在学界也尚有不同观点,且不同复现实验既有支持也有反驳 LK-99 是室温超导材料的证据,因此本文将不去讨论 LK-99 材料究竟是否真的是室温超导材料,仅对目前的验证进展简要总结:

已有对材料抗磁性的复现;

后续还需等待材料零电阻(注2)(即“超导”名称的由来——超级导电)和完全抗磁性的证据才能判定 LK-99 是否真的是室温超导体。

而如果 LK-99 被确认是室温超导材料,将意味着现代物理学中的一座“圣杯”被摘下,接下来的几十年间人类可能见证一场不亚于发明蒸汽机、晶体管带来的科技革命。

相比于普通导体,超导体材料由于电阻为零因此电流流过时不会产生欧姆热,

一来省去了电能耗散,

二来也不再需要顾虑散热降温的问题。

而相比于现在已经投入使用的“高温”超导材料(工作在液氮温区,零下 196 摄氏度),室温超导材料不需要使用液氮冷却,因此也不再需要对应冷却系统和后续补充液氮。

一些典型会因此受益的领域列举如下:

输电:电能从电厂输送到终端用户过程中,会由于热效应而产生损耗。室温超导材料可以取代铜制作新的缆线,带来基建翻新机会同时在后续运行中大大节省电能。

储能:室温超导材料制成的回路可以长期保持电流无衰减,在无需制冷设备和对应维护成本时会成为理想的储能装置。

磁悬浮:超导体由于具有完全抗磁性会与磁铁间产生斥力,利用此原理即可让列车悬浮,使其前进时不再需要克服与地面的摩擦力,达到更快的速度。室温超导材料替换现有超导材料可以省去冷却系统的建造和运维成本。

核磁共振成像仪(MRI):目前 MRI 设备中的磁场由超导线圈产生,由液氦制冷,而液氦成本高而且属于稀缺资源。改用室温超导材料将可降低 MRI 仪器成本,有助于其进一步普及并助力医疗、脑科学等领域发展。

可控核聚变:目前,可控核聚变的托卡马克、球型托卡马克等技术路线计划使用高温超导材料制作线圈,通电后利用电流磁效应产生强磁场,以约束聚变反应中温度高达上亿度的等离子体。若改用室温超导材料则可简化装置、降低建造成本、提升装置性能。

三、如果复现成功,距离商业化还需要多久?

根据韩国团队最初在 ArXiv 上传的文章,LK-99 材料所含元素为铅、铜、磷、氧都属于常见元素,合成步骤也不复杂,一般大学实验室购买原料后即可进行合成。

但是,这并不意味着该材料立即可以开始工业化生产并投入实际应用。

根据原文中提出的理论解释,该材料的超导特性来自其部分铅离子被铜离子替代,使得样品体积微小收缩并导致库伦排斥作用增强;再结合美国劳伦斯伯克利国家实验室的计算文章,该替代只有发生在特定的、且并非能量最低的铅离子位置才可能带来超导效应——但是基础物理学知识告诉我们,能量越低的状态才越稳定,出现概率也越大。

因此,制备具有室温超导特性的 LK-99 材料可能还需要在烧结时能够克服随机性,人为控制铜离子的最终位置:铜离子替代铅离子的位置随机性也为目前不同实验室在验证 LK-99 材料物性时得出的不同结果、以及为什么韩国团队没有在文章发布前大批量制备样品材料提供了一种可能的解释。

这也意味着,即使验证了 LK-99 的室温超导性,按照目前的配方和制作流程也不一定能进行室温超导体的稳定大规模生产。

对于室温超导体大规模稳定合成工艺的探索,将成为未来 10 年内的重要探索领域。

四、如果复现成功,未来会有哪些新兴的投资方向?

首先,产业链中游即室温超导材料的生产可能会成为值得关注的方向。

对于目前已经投入应用的低温、高温超导材料,已经诞生了西部超导、上海超导、上创超导等经过长期积累取得技术领先的企业。未来室温超导材料将面对更广阔的市场需求,掌握低成本、高产率生产技术的企业将具有竞争优势。

其次,在产业链下游即应用端,前述超导储能、磁悬浮、可控核聚变等领域目前还处在应用或研发初期,随着室温超导材料的产业化可能迎来快速发展的机遇,实现从 0 到 1 再到 100 的高速成长。


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