洛朗拉瓦锡详解（诺亚之心洛朗拉瓦锡潜能、技能、阵容组合攻略详解），

超导刷屏：从拉瓦锡预言说起，一文读懂超导

一、 从拉瓦锡预言说起，超导现象是科学还是神话

1784年英国化学家拉瓦锡曾预言：假如地球突然进到寒冷的地区，空气无疑将不再以看不见的流体形式存在，它将回到液态。

安托万-洛朗·拉瓦锡（Antoine-LaurentdeLavoisier，1743年8月26日～1794年5月8日），法国著名化学家，被后世尊称为"近代化学之父"。拉瓦锡早年曾进入巴黎大学学习法律，但他却对自然科学有强烈兴趣。拉瓦锡在化学领域取得了极高的成就，被称为“近代化学之父”。

拉瓦锡在化学上的杰出成就很大程度上源于他将化学从定性转向定量的转变。拉瓦锡因提出氧化学说而闻名。他认识并命名了氧气（意为“形成酸的”，因为许多燃烧后的产物水溶液为酸性；）、氦气（意为“无生命的”，参与反应的气体）和氢气（1783年），并反对燃素说。拉瓦锡提出了一套简洁改革化的化学命名法，帮助构建了度量体系，编写了第一份广泛的元素清单。他预言了硅的存在（1787年）并第一个确立硅的存在，同时确立硫只包含一种元素（1777年），而不是一种化合物。他提出规范的化学命名法，撰写了第一部真正现代化学教科书《化学基本论述》（TraitéélémentairedeChimie）。他倡导并改进定量分析方法并用其验证了质量守恒定律（即他所称的“物质不灭定律”）。他对常见的化学物质进行了分类整理，总结出了33种化学元素和常见化合物，促进了化学的系统化，将化学从定性转向定量的转变。

拉瓦锡制定的度量衡系统至今在世界通用。1790年，法兰西科学院成立了一个委员会，要求制定一套新度量衡系统，拉瓦锡便是成员之一。拉瓦锡提议将地球极点到赤道距离长度的一千万分之一确定为一米，又提出一立方米水的质量为一千克。

拉瓦锡发现了氧在金属生锈中的作用，以及氧在动物和植物呼吸中的作用。拉瓦锡实验表明呼吸本质上是使用吸入氧气的有机物质的缓慢燃烧。

在法国大革命最激烈的时期，他被指控犯有税务欺诈罪，并销售掺假烟草，随后被送上断头台，终年51岁。著名的法籍意大利数学家拉格朗日会痛心地说：“他们可以一眨眼就把他的头砍下来，但他那样的头脑一百年也再长不出一个来了。”

1772年9月，拉瓦锡开始对燃烧现象进行研究。首先他对磷、硫等易燃物的燃烧进行观察和测定，发现磷、硫和金属在燃烧中增重是由于吸收了空气，否定了波义耳的火微粒之说，对燃素说也提出了质疑。

对氧气做系统研究后，拉瓦锡明确地指出:空气本身不是元素，而是混合物，主要由氧气和氮气组成。1778年，他进而提出，燃烧过程在任何情况下，都是可燃物质与氧的化合，可燃物质在燃烧过程中吸收了氧而增重。所谓的燃素实际上是不存在的。拉瓦锡关于燃烧的氧化学说终于使人们认清了燃烧的本质，并从此取代了燃素学说，统一地解释了许多化学反应的实验事实，为化学发展奠定了重要的基础。

二、 昂尼斯液化氦气获得的低温发现了固态汞的超导现象

拉瓦锡“假如地球突然进到寒冷的地区，空气无疑将不再以看不见的流体形式存在，它将回到液态。”的预言一直激励着人们去实现气体的液化并由此得到了极低的温度。使气体变成液体，这听起来如同神话一般，但是科学家不仅相信了这个神话，而且使它成为现实。

19世纪30年代，科学家发现通过加压可以使一些气体液化，而且确实使硫化氢、氯化氢、二氧化硫等气体变成液体，但是氧、氢、氮等气体却毫无液化的迹象。在后来的几十年间，人们的主要精力都集中于它们，埃梅曾将氧气和氮气密封在一个特制的圆筒中并沉入1.6千米的海底，使压强超过200个标准大气压；维也纳的一位叫纳特勒的医生还制造了一个能耐3000个标准大气压的容器来液化空气，但都未获得成功。面对这样的现实，不少人感到人类将永远无法使这类气体液化，并认定它们是真正的"永久气体"。

但即使这样，人类并未停止液化"永久气体"的努力。1877年法国物理学家盖勒德首先实现了"永久气体"中氧的液化，液体氧的温度低达-140℃，1898年，英国科学家杜瓦获得液化氢，液氢的温度为-252.76℃，第二年杜瓦又成功地使液氢变为固体氢，固体氢的温度低到-260℃。

在通过液化气体获得低温的同时，科学家也制定出另外一种测量温度的温标--开氏温标。平常我们使用的摄氏温标比开氏温标高273.16度，因而开氏温标中的零度就是-273.16℃。1968年，荷兰物理学家昂尼斯在气体液化研究中取得更大的突破，他成功地液化了最难冷凝的氦气，获得了几乎接近０K--即-273.16℃的低温。至此，人类终于全部实现了拉瓦锡的预言。

一个惊人的发现：人类通过液化气体获得了低温，科学家会利用低温做什么呢？他们要做的事情很多，其中最重要的是继续那个古老问题的探索，研究那些没有生命的物质在低温下会发生什么变化。

1908年，荷兰物理学家昂尼斯（HeikeKamerlinghOnnes）成功液化了氦气，并获得了接近绝对零度的低温4.2K（约-269摄氏度）。1911年，昂尼斯等人用液氮冷却金属汞时发现，汞的电阻在温度降至4.2K左右时急剧下降至消失，具备完全导电性，1913年昂尼斯又发现锡和铅也和汞一样具有超导性，同年由于对物质在低温状态下性质的研究以及液化氦气，昂内斯被授予1913年诺贝尔物理学奖。

三、 超导材料进化史

1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，称为“迈斯纳效应”。当温度足够低时，超导体讨厌磁场，通常会排斥磁力并以不稳定的方式漂浮。迈斯纳和BCS理论分别解释了超导体的完全抗磁性和宏观量子效应从理论角度共同奠定了超导体的基本特性。

1935年德国人伦敦兄弟提出了一个超导电性的电动力学理论。

1950年美籍德国人弗茹里赫与美国伊利诺斯大学的巴丁经过复杂的研究和推论后，同时提出：超导电性是电子与晶格振动相互作用而产生的。他们都认为金属中的电子在点阵中被正离子所包围，正离子被电子吸引而影响到正离子振动，并吸引其它电子形成了超导电流。“巴库斯理论”提出标志着超导理论的正式建立，使超导研究进入了一个新的阶段。美国伊利诺斯大学的巴丁、库柏和斯里弗提出超导电量子理论：在超导态金属中电子以晶格波为媒介相互吸引而形成电子对，无数电子对相互重叠又常常互换搭配对象形成一个整体，电子对作为一个整体的流动产生了超导电流。由于拆开电子对需要一定能量，因此超导体中基态和激发态之间存在能量差，即能隙。这一重要的理论预言了电子对能隙的存在，成功地解释了超导现象，被科学家界称作“巴库斯理论”。

1960-1961年美籍挪威人贾埃瓦用铝做成隧道元件进行超导实验，直接观测到了超导能隙，证明了巴库斯理论。他在大量实验中，曾多次测量到零电压的超导电流，但未引起他的重视。

70年代超导列车成功地进行了载人可行性试验。超导列车是在车上安装强大的超导磁体，地上安放一系列金属环状线圈。当车辆行进时，车上的磁体在地上的线圈中感应起相反的磁极，使两者的斥力将车子浮出地面。车辆在电机牵引下无摩擦地前进，时速可高达500千米。　　

1986年1月在美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室中工作的科学家柏诺兹和缪勒，首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，将超导温度提高到30K；紧接着，日本东京大学工学部又将超导温度提高到37K。1987年2月20日中国也宣布发现100K以上超导体。1987年3月27日美国华裔科学家又发现在氧化物超导材料中有转变温度为240K的超导迹象。1987年日本铁道综合技术研究所的“MLU002”号磁悬浮实验车开始试运行。1991年3月日本住友电气工业公司展示了世界上第一个超导磁体。

2001年7月，香港科技大学宣布成功开发出全球最细的纳米超导线。中国超导临界温度已提高到零下120摄氏度即153K左右。

四、 高温超导发现激发了科学家进一步探索

1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4，其临界温度约为35K(-238℃)。由于陶瓷性金属氧化物一般来说是绝缘物质，因此这个发现意义非常重大，他们获得了1987年的诺贝尔物理学奖。

1987年在超导材料的探索中又有新的突破，美国休斯顿大学物理学家朱经武小组与中国科学院物理研究所赵忠贤等人先后宣布制成临界温度约为90K(-183℃)的超导材料YBCO。

1988年初日本宣布制成临界温度达110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超导体。至此，人们终于实现了液氮温区超导体的梦想，实现了科学史上的重大突破。这类超导体由于其临界温度在液氮温度77K(-196℃）以上，因此被称为高温超导体。

自从高温超导材料发现以后，一阵超导热席卷了全球。科学家还发现铊系化合物超导材料的临界温度可达125K(-148℃)，汞系化合物超导材料的临界温度则可达135K(-138℃)。如果将汞置于高压条件下，其临界温度将能达到难以置信的164K(-109℃)。1997年，研究人员发现，金铟合金在接近绝对零度时既是超导体同时也是磁体。1999年科学家发现钌铜化合物在45K(-228℃)时具有超导电性。由于该化合物独特的晶体结构，它在计算机数据存贮中的应用潜力将非常巨大。

这些令人鼓舞的发现激发了科学家进一步探索超导理论和至今为止依然没有被人发现的新型超导材料的兴趣和决心，并且为了对自然界有更深的认识和超导技术应用的美好前景，一定会有更多有志者投身于超导事业中。

五、 常温超导论文不断，激发科学家研究与市场产业革命猜想

7月22日，来自韩国的科研团队在预印本平台arXiv上传其最新研究成果《TheFirst Room-Temperature Ambient-Pressure Super conductor》，论文表示合成了全球首个室温常压超导材料——改性铅磷灰石晶体结构LK-99。该材料在常压下的超导转变临界温度为127℃（400K），意味着可在常压室温下实现超导。但该研究成果仍有待进一步复现及验证真伪。韩国科研团队公布超导材料体在“室温常压”（转变温度约400K（127℃））下展现超导性。若被复现成功，将是超导领域革命性的进步。目前大多数简单金属或合金材料的超导转变温度都在40K（-233℃）以下，限制了超导材料的广泛应用；当下仅发现铜氧化物超导体和镍氧化物超导体2种转变温度达到液氮温区77K（-196℃）的非常规超导材料体系。

北航的实验：LK-99非但没有室温超导性能，反而表现出了半导体的特性。

美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)进行的计算机模拟，从理论上支持了这种材料具有常温超导能力的结论。

目前韩国科研团队已经撤回论文。

华中科技大学团队成功合成可以磁悬浮的LK-99“室温超导晶体”,已通过迈斯纳效应验证（证明了材料的抗磁性，而并没有证明材料的超导性，需要新一批的材料，测量电阻）。

六、 室温常压超导材料有望在诸多领域深刻变革世界

人们不断追求在更高的临界温度（Tc）下实现材料的超导性。1986年发现的铜氧化物超导体和2008年问世的铁基超导体不断掀起了人们对高温超导体的研究热潮，更多具备更高临界温度的超导体也随着人们的实验探究而陆续问世。

目前国内低温超导材料及应用占超导市场总量的90%以上，高温超导材料仍处于产业化初期。已实现商业化的低温超导材料主要为铌基超导线材（NbTi和Nb3Sn），具备实用价值的高温超导材料主要包括铋系（BSCCO）、钇系（YBCO）、二硼化镁（MgB2）超导材料及铁基超导材料等；

超导材料具备显著性能优势，但室温超导仍处于实验室研发阶段。超导体可以在特定温度以下呈现零电阻特性，且不产生焦耳热，可应用于大规模集成电路；超导体可以避免电势下降和能量衰减，能承载较大电流且无损耗，可以解决电力的远距离传输问题；超导体完全抗磁性的特性使其能显著提升磁悬浮列车的高速性能；超导材料的突破有望推动可控核聚变技术的进度。目前超导体的制取对环境温度和压力的要求极高，室温超导体的研发具有理论可行性但操作难度大，从韩国研究团队和网传的其他实验情况看，可能仅验证了材料的抗磁性特征，并没有充分验证材料的零电阻特性，因此对室温超导材料的研究和商业化进程应保持理性客观的态度，密切跟踪后续实验验证情况。

超导材料应用潜力巨大，高温超导材料商业化进程有望加速。超导材料在核磁共振、电力传输、高速磁浮交通和可控核聚变等领域存在巨大应用优势，当前主要通过超低温和超高压路径制取，常温超导材料的突破将显著释放应用潜力。全球超导材料应用中低温超导材料占90%以上，高温超导材料处于产业化早期但预计2030年占比将提升至25%。我国高温超导领域应用加速，2021年12月全球首条35千伏公里级超导电缆示范工程投运，核心技术全国产化；2023年3月中车长客国内首套高温超导电动悬浮全要素试验系统运行，高速磁浮交通技术加速落地；2023年4月世界首台兆瓦级高温超导感应加热装置投运，实现超导材料在金属热加工领域颠覆性替代。

高端新材料是科技自主的重要环节，超导材料是重点攻坚方向。我国在超导材料研究领域已经走在全球前列，2006年国家“863”计划“超导材料与技术专项”在电力应用、强磁体应用以及弱电应用等方面全面开展研发；《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》提出积极开发新型超导材料，参与国际热核聚变实验堆计划；2017年1月《新材料产业发展指南》明确了我国超导材料重点发力方向和增量市场来源；2021年12月《“十四五”原材料工业发展规划》提出发展超导材料前瞻布局行动，强化应用领域的支持和引导，明确了超导材料在现代产业中的定位。超导材料享受政策红利具备强劲产业势能。

七、 室温常压超导方向确定，道路曲折

超导的应用具备前瞻性和战略性意义：低温超导材料的需求端驱动力主要包括MRI、MCZ、加速器、受控热核聚变等终端应用的跨阶段式成长。

短期内，医用领域磁共振成像仪用MRI超导线材的需求有望补偿式增长；

中期来看，大尺寸半导体级单晶硅的技术迭代升级将加速国产化替代并拉动MCZ市场的发展，重离子加速器项目等国家重点工程也将成为低温超导材料下游需求驱动；

长期来看，超导业务的长期发展愿景将聚焦于磁约束受控核聚变以及超导磁悬浮等项目，受控核聚变技术若能取得突破，将成就能源革命的终极幻想。高温超导材料下游终端应用涉及各类电力电子设备行业，待材料性价比、低温制冷系统的稳定性等各项难点被逐步优化和攻克后，高温超导材料的规模化应用指日可待。

如果室温常压超导材料取得突破，将在能源、交通、计算、医疗检测等诸多领域产生变革，室温超导意味着超长距离无损耗输电得以实现，这将引起全球电力网络的新一轮的基建狂潮，除此之外超导磁体、超导电缆、超导磁悬浮列车等方面均将有所突破。

更高效的能源传输、转换与存储：超导材料利用零电阻的特性，可以无损耗地传输电力，使得能源传输效率、稳定性和可靠性极大提升；

更高速的交通方式：超导材料带来电能传输效率的提升和磁悬浮列车降低成本的可能，将直接影响高速交通方式变革；

更快的信息处理速度：超导材料在低温环境下具有高度的量子特性，可用于构建量子计算机，运算速度远超现有计算机，或将在信息处理领域带来巨大变革；

更先进的治疗手段：超导材料在医学领域具有广泛的应用，例如MRI、超导线圈等。常温常压下超导材料的出现，将为医疗设备的小型化和便携化提供可能，推动医疗技术的发展。

室温常压超导的实现有望引领新一轮工业革命，路虽远，行则将至。近年以来，室温常压超导领域频发突破性研究成果，每一次都引起全球科学家的关注，究其原因，便是室温超导的实现将深刻变革目前的能源体系、信息处理与传输体系，并在医疗检测、高速交通乃至可控核聚变等诸多领域带来进步。尽管目前相关技术仍不成熟可靠，但每一点技术革新的可能都值得持续关注。

超导材料立足于科技前沿，其产业和下游应用具备前瞻性和战略性。未来科技创新的进步有利于推进超导产业的全方位提升，超导材料及应用的战略性发展将极大地满足一国的安全需求、社会发展需求、能源战略需求。

我国在超导材料领域的研发进展和政策支持。超导材料是高端新材料的重要组成部分，我国已经在超导材料研究领域走在全球前列。其中，国家“863”计划在电力应用、强磁体应用以及弱电应用等方面开展研发。此外，《新材料产业发展指南》和《“十四五”原材料工业发展规划》也提出发展超导材料的计划和措施。在政策支持下，超导材料具有强大的产业势能。投资建议包括高温超导电缆、高温超导设备公司和改性铅磷灰石相关材料公司。然而，需要注意的是，室温超导材料研发进度低于预期。

1、高温超导电缆较常规电缆可提高3-5倍容量并降低60%损耗，看好电缆材料及检测公司（受益：精达股份，国缆检测，中孚实业，创新新材等）；

2、高温超导设备公司（受益：联创电子）；

3、改性铅磷灰石相关材料公司（受益：金辉股份，驰宏锌锗，中金岭南等）。

参考资料：

20230802-国泰君安-超导材料：室温理论可行，高温应用加速驰

20230730-中邮证券-有色金属：韩国团队称实现室温超导，铅需求有望大增

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