142.第140章 找到高温超导材料

    第140章 找到高温超导材料
    王建昆选择将超导材料的研究放到靠前的位置，是经过深思熟虑的。
    现在整个世界已经进入到电气时代，电能的应用已经非常普遍，而因为电阻的存在，电能在传输过程中就损耗了非常大的一部分。
    而超导材料的应用可以大幅度降低电能在传输过程中的损耗。
    另外超导材料不仅是可以提高导电性，其另外的一个效应也有非常巨大的应用价值，那就是迈斯纳效应。
    这种效应具体的情况是：当一个超导体在磁场中处于超导态时，它内部产生的磁场强度与外磁场能够完全抵消，从而内部的磁感应强度为零。
    也就是说，磁力线被完全排斥在超导体外面。
    超导材料有很多的应用场景，比如超导强磁体，超导储能你磁体，超导电机，超导电磁推进系统，超导磁悬浮列车，超导计算机，超导陀螺仪等等。
    以上的一些超导应用场景，他收集到的资料里都有科学家和工程师想到了，而且很多还设想有这么一种高温超导材料，然后画出了设计图纸。
    只是现在全世界都在等待高温超导材料的发现，这些应用也只有一些实验室在进行前期探索，他们用昂贵的液氦做为冷却剂，选用铜氧化物等超导转变温度在19k左右的材料。
    王建昆之前只是搭建好了检测实验室，制造了3百多公斤液氮，然后按照资料上提到的一些超导材料进行复现实验。
    他按照超导发现的先后顺序以及材料的临界温度从低到高进行测试。
    首先是水银，他先将凝固成固体的水银用液氮进行冷却，同时接通电阻检测仪，当温度来到4.2k时，其电阻果然会瞬间消失。
    王建昆在固态水银开始降温时用超能力进行观察了，而且他在脑海里将这一条细丝样的水银进行了极致放大。
    此刻脑海中，无数直径10米的巨球排列组合成一个多面长条，这些巨大的球体还在不断的震动，外围的电子云也在不断的组合变化。
    随着液氦对水银起作用，这些巨大的球体震动的幅度在逐渐的降低，外部的电子云团的变化速度也开始降下来，电阻仪上的电阻值则只有小数点后面的数字在变，说明一般的降温并不改变电阻。
    随着温度逐渐降低到4.2k附近时，王建昆发现这些巨球几乎不震动了，但是外部的电子云还是在缓慢的变化，而电阻值也还是跟之前的一样没什么变动。
    当温度到达4.2k那一刻，一个奇特的现象出现了，外部的电子云形成了一条比较稳固的通道，而内部的原子核也改变了微小的位置，恰好形成了一个个连续且稳固的晶格。
    王建昆在脑海中把此刻的水银原子仔仔细细的观察，脑海中的水银巨球上下左右的变化位置，经过多角度分析，这些原子核确实是形成了一个个特殊的晶格结构，从而将外部的电子也束缚成了一个连续的电子带。
    这种结构使得当两边有电势差时，可以让外部电子通过的阻力降为零。
    水银这种单质金属检测完了后，他将锌，铝，铅，钨等几种资料上有提及的金属也进行了超导测试。
    在他的超能力观察下，发现当温度到达这些物质的超导临界温度时，原子核确实会发生微小的位置变动，从而形成一个比较规则的带正电的晶格，从而将外层电子也束缚成一个电子带。
    这个现象如果不是用超能力观察，现有的科学仪器是发现不了的。
    王建昆思考一番后，得出了自己对超导形成原因的一番理解。
    所有的原子虽然都成电中性，因为内部的原子核所带的正电会和核外的电子所带的负电中和。
    可是这种电中和现象是宏观上的，在微观上是不一样的。
    因为其内部的原子核和外部的电子是一直在运动的，这就导致在极微小的时间段内，原子核要么呈正电，要么呈负电。
    只是一般的仪器检测不了原子的带电性，毕竟时间间隔是现在所有仪器都达不到的检测极限。
    既然原子是会带电的的，那么导电也就可以理解为当有电势差时，原子的核会起到吸引外部电子，原子本身的电子会排斥外部电子。
    当这种吸引和排斥的力不相等时，就会发生导电现象了。
    这也可以解释电阻形成的原因，因为电子要经过原子核和外部电子的吸引和排斥，这个过程就是在对原子做功，宏观表现就是有电阻存在，所以导电的过程也会有发热的过程，而发热就是原子因为外部电子通过时对原子进行了做功。
    高中的知识里虽然将世界上的材料分成了导体和绝缘体，其实是进行了强硬划分的，世界上没有绝对的绝缘体，当电压也就是电势差达到某个程度，所有不导电的材料都会进行导电。
    就比如闪电，因为电压足够大，电流可以在空气中流动。
    而超导现象形成，就是因为原子核在某个温度会自发的形成一个个规则的连续稳固的带正电的晶格。
    之前的不规则晶格虽然能够导电，可是不同晶格之间的还是有电势差的。
    没形成超导态的材料，其内部的晶格就好比是一个个台阶，电子每上一级台阶都要耗费一些能量。
    而形成超导态的材料，其内部的晶格瞬间就贯通形成了一个真空管道，当两边有电子时，可以让电子以超高速通过，而且不消耗任何能量。
    为了验证自己的理解是否正确，王建昆在单元素超导现象观察完成后，又开始了多元素材料进行观察。
    在观察好几种化合物的超导变化过程中，王建昆确信自己的理解没有错，形成超导的原因就是跟他想的一样。
    既然原因找到了，他将观察到的信息告诉智子，让智子帮忙分析计算，看是否能够用智子的超级计算能力发现新的超导材料。
    智子根据王建昆观察的数据，用它的量子计算能力进行计算。
    没多久它就结束了，告诉王建昆如果要找到高温超导，还需要进行全元素周期表的元素降温观察。
    因为超导能够形成，跟原子核的震动是密切相关的，有些元素不管在什么温度下，其原子核都不能震动组合成规则的连续稳固的晶格。
    但是跟其他元素结合后，又有可能形成这种奇特的结构。
    所以要想通过计算发现超导新材料，那必须有足够的数据，才有可能计算得到。
    而且不仅仅是单质的降温数据，还需要其与多种元素组合后的降温数据。
    不过王建昆为了早点得到可用的高温超导材料，选择了缩小范围。
    他决定以铝作为主材进行研究。
    铝作为地壳中含量最多的金属元素，今后如果需要大规模应用，不会受到原材料来源的困扰。
    而且单质铝本身就能够在1.2k时发生超导现象，所以选它作为超导主材，是有极大的成功率的。
    铝本身的机械性能，延展性，切削性等都很优秀，如果今后研究出的材料里铝的占比较大的话，将铝基超导体做成线缆，做各种超导元器件都会非常方便。
    主材选定后，接下去就是要筛选辅助材料了。
    中医里用药有君臣佐使，按照黄帝内经的解释，那就是不同的材料要起到不同的作用，从而达到解决病因的效果。那么在选择辅材时，一些明显不合适的就要先剔除出去，只有实在没办法的情况，才会考虑那些被筛选出去的。
    首先不合适的就是放射性元素了，肯定是不能使用它们作为辅材的，如果用了，那么这种超导材料的使用场景将会大大的减小。
    其次就是价格昂贵，储量稀少的一些元素，比如金，铂，铱等等，这类元素除非是万不得已，找不到普通元素，才会考虑这类。
    最后一种就是氢元素，惰性元素，氢元素不用是因为其原子太小，在金属化合物中容易剥离从而发生氢脆现象，惰性元素则是因为它们很难与其他元素发生化合反应，今后要工业生产，很难反应就代表着需要用到高温高压等手段，生产会变得非常困难。
    排除了这些元素后，王建昆列出了今后一段时间要进行数据收集的测试计划表。
    这个9月，他将主要待在婺源，一边进行微机培训班的培训，一边指导高考冲刺班的学生，同时也要进行超导材料的研究。
    当天晚上，王建昆列好计划后，就让智子帮忙出15套高中知识点摸排测试题，出完题目后，他用超能力直接制造了15套，准备明天拿给校长，让他去安排考试。
    接着他又用超能力制造了100本编程入门资料，准备带给校长，让他去找人分发给有意参与微机培训班的人。
    ……
    “校长，测试题和编程资料我带来了，放哪里比较好。”
    上午9点左右，王建昆骑着摩托车将资料带到学校，然后趁着校长开完会回来就拿到他的办公室。
    “建昆，你效率挺高啊，这么快就准备好了，我还以为你要到下午才拿来呢。”
    “资料都是存储到电脑里的，我用打印机打印出来装订好就拿来了，不过高考冲刺班的资料今后就会慢点了，毕竟会根据他们的答题情况进行微调。”
    “理解，你也要注意休息，你把资料放好了就回家吧，等有结果了我再拿给你。”
    “好啊，昨天忙太晚了，我就先回去了，明天上午的这个时候我再来吧！”
    其实他昨晚主要还是研究超导材料研究得太晚了，用超能力制造这些学习资料和编程资料根本没多少时间。
    离开校长室后，王建昆在学校里转悠了一会才出校门，到东门桥下买了一些吃的带回到基地里。
    回到基地后，他按照昨晚列的计划表，开始了一种种元素的降温测试。
    随着他这几天的放大观察，他的超能力也在逐步变强，其能够投射的范围来到的300米了，而且能放大的倍数也加大了一些。
    随着放大倍数的增加，他发现原子并不是时刻保持着球形的，原子核的形状会因为外部电子云的位置和密度发生微小形变，而外部电子云也会受内部原子核的震动而改变形状。
    不过他现在还分析不出来相应的变化机理，只能是进行观测，同时把观测的数据给到智子让其进行记录分析。
    不过他猜想这些变化肯定是跟某种力有关，而更深层次的原因则很有可能是因为组成这些质子，中子和电子的外观基本粒子在运动，从而引起了这种原子形变。
    一整个白天，王建昆测试了15种元素的降温突变情况，这些元素大部分都是在绝对零度附近才发生超导现象，只有3种在2，3k时发生超导现象。
    对于大部分位置在绝对0度时都发生超导现象，他也进行了一番分析理解。
    那就是绝对0度状态下，元素的震动完全消失，在那瞬间就能形成稳固且规则的连续晶格，外部的电子云也同时形成电子带。
    这里面或许还有基本粒子的一些性质在起作用，不过这只是王建昆的一个猜想，他现在还观察不到那么微观的结构，得等到大型粒子对撞机建造完成后才有可能观察到。
    不过建造大型粒子对撞机最好还是要有高温超导材料，不然用现在发现的低温超导材料或者用堆材料的方法去制造强磁场，需要耗费的能量可能不是现在的他能够维持的。
    而如果有高温超导材料或者常温超导材料来建造大型粒子对撞机，那么在能耗上将降低1，2个数量级。
    而且整个建造难度也能够大大的降低。
    接下去的几天，王建昆白天进行超导材料研究，晚上在6点到10点之间去给高考冲刺班进行培训。
    到第二周时，他又开始了微机培训班的教学工作。
    微机教学时，郎骏建也作为辅助人员参与，这个月过后，这个培训班的教学工作就要交给他，毕竟之后这些人将在他的带领下去开发一款款软件了。
    此次的微机培训班总共只招到16个二中的学生，而且都是高三的学生，他们觉得想考上理想的大学是比较难了。
    这并不是因为他们笨，而是因为他们都有些偏科，这16个学生里有14个数学很好的，物理和化学也还行，可是英文和语文太差了，王建昆看完后都觉得要补上特别难.
    另外两个的逻辑思维能力很强，英语也比较好，就是数学和物理成绩一般，所以要考上大学也比较难，所以就准备来这个培训班试试看。
    二中之外的人员也招到了10个，几乎都是学校教职工的子女或者他们亲戚朋友的子女。
    王建昆对第一批学员很是看重，测试卷亲自批改，前面的几节课也亲自上，希望这些人都能顺利通过结业考试，能够参与到后续的软件开发项目上来。
    就这样有规律的过了两周，王建昆也完成了所有计划中的元素测试。
    将数据都交给智子后，经过智子大半天的计算，2种可能成功的超导材料被智子计算了出来。
    第一种概率最高，有98%的可能，其超导临界温度预计是218k，铝元素占比85%，锂元素占比10%，氧元素占比3%，钛元素占比1.2%，镓元素占比0.8%。
    第二种概率有86%，其超导临界温度预计是203k，铝元素占比92%，镁元素占比4%，氧元素占比2%，钛元素占比0.6%，镓元素占比0.8%，锡元素占比0.6%。
    而且智子还提供了这些元素的化合物中的位置结构，这方便了王建昆用超能力进行试制。
    1982年9月26号号星期天，王建昆搭建好测试环境，制造了干冰降温系统，然后根据智子提供的超导材料元素组合图，制造出了两根长20厘米，直径3毫米的细导线。
    两端接上电阻测试仪，将干冰加入降温装置后，等待了1分钟左右，两个电阻测试仪上的电阻变化曲线出现了断崖，这代表着这两款材料都是超导材料。
    虽然对智子的计算分析能力有一些期盼，可是就这么一次成功，王建昆还是觉得有些不适应，他还想着可能会需要无数次的调整结构和元素比例，通过不断试错的方法才能找到。
    但是智子通过大半天的计算，就成功的找到了两种高温超导材料，而且是在干冰温度之上的材料，这代表着这两种材料的应用价值非常大。
    怀着激动的心情，王建昆对这两款材料进行了一系列的测试，测它们的最大电流和最大电压的承载能力，最大的磁场强度等等。
    完成测试后，他将第一种超导材料命名为cd218，第二种材料命名为cd203。
    对于这两种材料今后的用途，王建昆觉得cd218适合制造型材，用于一些重要的部件上，而cd203制造线材比较好，毕竟铝的元素占比多。
    平复完激动的心情后，王建昆用超能力试制了几十种不同规格的线材和型材，准备用这些材料制造一些设备出来看看。
    (本章完)