新型超導納米薄膜：柔軟、超薄、超輕、應用前景好！

導讀

最近，德國薩爾布呂肯大學開發了一種具有「超導特性」的超薄納米材料，這種超導納米線可編織進超薄薄膜中，不僅超輕，而且柔軟，有望應用於航空航天和醫療技術等領域。

背景知識

John 之前《石墨烯：超導天賦被激發，有望用於分子電子設備！》一文中，對於超導現象有過介紹，我再次回顧一下：

1911年，荷蘭萊頓大學的科學家H·卡茂林·昂內斯「意外地」發現，將汞冷卻到-268.98℃（4.2K）時，汞的電阻突然消失。隨後，他又發現多種金屬和合金都具有與汞相類似的低溫下電阻消失的特性。H·卡茂林·昂內斯將特殊導電性能稱之為超導態。昂內斯由於這一發現獲得了1913年諾貝爾獎。

超導體引起的磁懸浮現象

（圖片來源於：維基百科）

這裡再補充介紹兩個現象：

• 磁屏蔽現象

處於超導態的厚壁多連通超導體，若原先空腔中無磁場存在，在外加小於臨界磁場的磁場後，由於有產生逆磁的屏蔽環電流而磁場不能進入腔內，起到磁場屏蔽的作用，稱超導磁屏蔽。

• 磁懸浮現象

因為沒有電阻，當將一個永磁體移近超導體表面時，因為磁力線不能進入超導體內，所以在超導體表面形成很大的磁通密度梯度，感應出高臨界電流，從而對永磁體產生排斥。排斥力隨相對距離的減小而逐漸增大，它可以克服超導體的重力，使其懸浮在永磁體上方的一定高度上。當超導體遠離永磁體移動時，在超導體中產生一負的磁通密度，感應出反向的臨界電流，對永磁體產生吸力，可以克服超導體的重力，使其倒掛在永磁體下方的某一位置上。

超導體目前廣泛應用於各個領域，由於「零電阻損耗」，它也可用於節能的電力傳輸線以及能量存儲設備，由於特殊的「磁現象」，可以用於核磁共振掃描儀和懸浮列車等設備。

創新簡介

這項研究主要開發了具有「超導特性」的超薄納米材料，這種超導納米線可編織進超薄薄膜中，像保鮮膜一樣柔軟，質量也很輕。

這項研究的主要領導者是德國薩爾布呂肯大學的教授 Uwe
Hartmann ，另外合作者有萊布尼茲新材料研究所（INM）的教授 、也是薩爾布呂肯大學能源材料系的主席 Volker
Presser。研究成果發表於一些列的科學雜誌上。

（圖片來源於：德國薩爾布呂肯大學/Oliver Dietze）

在初期階段，大眾汽車基金會贊助了這項研究，目前這項研究正在接受德國研究基金會（DFG）的贊助。

關鍵技術

薩爾布呂肯大學的實驗物理團隊開發的這種材料，也許第一眼看起來十分普通，有點像一張燒焦的黑紙。然而，現象總是會欺騙人。這種「低調」的物體是超導體，簡單點說，就是材料中的電子在流過寒冷的固定化原子晶格的時候，不會受到任何限制。

（圖片來源於：德國薩爾布呂肯大學/Oliver Dietze）

創新價值

目前，許多普通的超導材料都是剛性、脆性、稠密的，所以它們的應用受到了限制。

然而，薩爾布呂肯大學的物理學家現在成功在柔性薄膜中的實現了超導屬性。這種材料從本質上講，就是塑料纖維織物和高溫超導納米線。

薩爾布呂肯大學納米結構研究和納米技術專業的教授 Uwe Hartmann 解釋道：

「這使得這種材料十分柔軟和適應性強，有點像保鮮膜（或者塑料包裹膜）。理論上講，這種材料可以被做成任何形狀。並且相對於超導陶瓷，我們需要的材料更少，這樣我們的超導網製造成本也更低。」

質量輕是這種材料另外一項特別的優勢。Hartmann 說：

「這種材料的密度只有每立方厘米0.05克，十分輕，重量不到傳統陶瓷材料的百分之一。這使得這種材料十分有希望應用於，重量是關鍵因素的領域，例如空間技術，另外在醫療技術方面也有一些潛在的應用。」

這種材料也可以作為一種新型塗料，提供電磁場的低溫篩選，或者它可以用於柔性線纜，或者促進無摩擦運動。

製造工藝

（圖片來源於：德國薩爾布呂肯大學/Oliver Dietze）

為了能夠編織這些材料，理論物理學家使用了一項稱為「靜電紡絲」的技術，這項技術通常用於製造聚合物纖維。

Hartmann 項目小組中的一位研究科學家 Michael
Koblischka 解釋道：

「我們通過一種非常好的噴嘴，被稱為「噴絲頭」，在它上面施加一個高電壓，從而使得液體材料噴出。這樣製造出的納米絲線比人類的頭髮直徑還要細，只有300納米或者更細。然後，我們加熱網狀纖維，形成具有正確成分的超導體。這種超導材料本身是一種特殊的釔鋇銅氧化物或者相似的成分。」

商業合作

研究團隊將在4月24日到4月28日召開的漢諾威工業博覽會（第二展廳、B46展位）展示這種超導薄膜，並且尋找商業和工業合作夥伴，一起這項技術推向實際應用。

參考資料

【1】http://www.uni-saarland.de/nc/aktuelles/artikel/nr/17140.html

【2】http://dx.doi.org/10.1088/1361-6668/aa544a

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