“中国温度”惠及世界(2024年终系列报道·科技篇④)
具备干预温度的能力,突破自然温度的束缚,对人类发展产生了极其深远的影响,火的利用甚至被看作人类文明进步的重要标志之一,不仅极大改善了人类的生理状态,促进了社会往,而且催生了陶器的烧制和青铜、铁器的冶铸,极大推动了社会生产力的进步。进入现代社会之后,人类对温度进行干预和控制的能力明显提升,各种制热和制冷科学技术创新发展,不断刷新人造超高温和超低温的纪录,不断制备出耐高温和抗低温新材料,促进能源结构乃至人类生产生活方式发生巨大变革。
2024年,中国科技工作人员继续在温度控制与干预方面取得重大创新成果,不断创造和刷新“中国温度”纪录,不断制备出耐高温、抗低温新材料等,彰显中国科技的创新活力和为增进人类福祉所作出的卓越贡献。
创新可控核聚变技术,模仿太阳内部发生的核聚变反应,在地球上“造个太阳”,获得源源不断的能源,是国际科学界从上世纪80年代中期开始就致力于实现的目标,并为此实施国际热核聚变实验堆(ITER)计划。中国从成为ITER计划成员后,就为推进该计划付诸努力,特别是承担了约20个采购包的制造任务,涉及磁体支撑系统、磁体馈线系统、电源系统、辉光放电清洗系统、气体注入系统、可耐受极高温的反应堆堆芯“第一壁”等核心核心部件。
11月29日,最新一批由中国公司承制的ITER部件——包层屏蔽模块首批产品从广东广州运往法国,这是全球首发的包层屏蔽模块,标志着中国在聚变堆建造所需的关键技术方面取得了重要进展。包层屏蔽模块属于ITER装置堆芯核心部件,好比炉膛“耐火砖”,保护真空室及外围设备和人员免受辐射危害,确保反应堆稳定运行,是聚变堆建造的关键部件之一。
此次运送的模块产品由中国东方电气集团有限公司与中国核工业集团有限公司西南物理研究院合作研制。在历时多年研制期间,双方联合科研团队全面攻克高温真空环境下高精度氦检漏技术、不锈钢板单面焊双面成型技术等一大批重大关键技术难题。
在ITER安装工作中,中方在2024年也作出了重要贡献。2月29日,中国核工业集团有限公司牵头的中法联合体与ITER组织正式签署了真空室模块组装合同。这是中国在成功安装国际热核聚变实验堆“心脏”设备之后,再次承担其核心设备的安装任务。真空室模块组装是目前ITER项目最重要设备在关键路径上的工作,对整个项目的成功起到至关重要作用。
在积极参与ITER计划的同时,中国科学家也在自主设计研制可控核聚变大科学装置并取得科研突破。6月,中国新一代“人造太阳”即“中国环流三号” 项目传出捷报,在国际上首次发现并实现了一种先进磁场结构,对提升核聚变装置的控制运行能力具备极其重大意义。这标志着中国在可控核聚变领域取得重要成果,将进一步促进全球清洁能源技术的发展。
超导体即超导材料,指在某一温度以下,兼具绝对零电阻和完全抗磁性两个独立特性的超级导体,在电力传输、磁悬浮列车、医疗成像设备等领域具有十分广泛的应用前景。然而长期以来,超导材料必须依赖极低温环境才能实现超导电性,寻找新型高温超导体材料一直是科学家孜孜以求的目标。
今年7月和10月,国际学术期刊《自然》接连发表了两篇关于超导的重要论文,前者由3个中国团队合作完成,证实了镍氧化物中具有压力诱导的体超导电性,为人们理解高温超导机理提供了新的视角;后者由多个中外研究团队合作完成,发现在一种双镍氧层钙钛矿材料中,实现了块体高温超导电性,并揭示了镍基高温超导体的结构起源,这一成果对于镍基高温超导材料的逐步优化设计与合成具备极其重大指导作用,有望推动镍基高温超导体的研究进程。
在镍基超导研究方面,中国科学家之前就已经作出了开创性贡献。2023年7月,《自然》刊发了中国中山大学的王猛教授团队主导的一项研究成果:首次发现液氮温区镍氧化物超导体。这是中国科学家在全球率先发现的全新高温超导体系,是人类目前发现的第二种液氮温区非常规超导材料,是基础研究领域“从0到1”的突破,对推动破解高温超导机理,对设计和预测高温超导材料提供了更多可能性。
经过不懈努力,中国科学家在镍基超导体研究中率先获得重要进展,不仅发现了多个镍基超导体系,而且详细研究了材料的宏观和微观物性,提出了多个可能的理论模型,促进了对该领域的研究,以镍基超导体壮大了高温超导材料“家族”。
7月3日,中国科学院空间应用工程与技术中心公布消息,中国西北大学一个研究团队通过中国空间站开展的高性能难熔合金研究获得重大突破,成功获取难熔合金熔体的关键热物理性质,在空间凝固制备方面取得多项科学新发现。相关成果已发表于《先进材料》等国际学术期刊。
该研究团队此次研究的合金材料包括铌合金。铌是种难熔金属,熔点超2400℃,是目前人类已知最耐高温的材料之一;该金材料具塑性好、加工和焊接性能优良等特点。
在地面环境中,铌合金等难熔合金研究长期受重力、容器等条件制约,难熔合金液态性质的精确测定与快速凝固合成制备存在极大困难。而中国空间站提供了理想的微重力环境,实验柜利用静电场所提供的电场力,可使材料样品在真空环境中保持稳定悬浮状态,避免与容器壁接触的影响,进行金属、非金属等无容器深过冷凝固和热物理性研究。
中国科学家在铌合金等难熔合金研究方面的突破再次证明,中国空间站作为国家太空实验室具有极高的科研价值,为科研人员提供了独特的微重力、高真空、超洁净的环境,完成一些在地球上没办法实现的科学实验和技术试验,制备新型材料、培养新型蛋白质、观察新型物理现象、探索新型化学反应,将推动空间制造、空间资源开发等高科技产业发展。
动力电池技术推动了汽车行业的低碳化和智能化发展,然而在低温度的环境下,电池容量和续航能力显而易见地下降,同时放电效率也会变慢,给驾乘者造成“里程焦虑”,也影响汽车运行性能,因此科学家一直在研制抗低温甚至抗超低温的电池。
2024年初,中国科学院大连化物所的陈忠伟团队成功研制出了一款抗超低温特种锂离子电池,能在-60℃的超低温度的环境下稳定运行,单位体积内的包含的能量达到每千克260瓦时。在-60℃、0.5C(电池以其额定容量0.5倍的电流进行放电)运行条件下,放电容量可达80%以上;-40℃、0.5C运行条件下,放电容量可达95%,循环寿命超过500次,性能达到国际领先水平。该电池采用新一代复合电解液、多层复合电极结构及新型半固态电解质,极大地提升了低温条件下的离子电导率和界面性能,同时采用多层复合电极结构结合新型半固态电解质及改性活性材料,增加了电极和电极表面结构的稳定性和导电性,从而有效地提升了电池在低温下的性能。
11月23日,中国科学院大连化物所公布消息称,陈忠伟团队的抗低温电池技术获得应用突破,以该技术为支撑研发的高比能宽温域锂离子电池可在-40℃至60℃的宽温域环境中稳定工作。该款电池成功适配一款新型工业级复合翼无人机,顺利完成试飞。在试飞过程中,无人机顺利完成起飞、爬升、高速巡航、降落等测试环节,高质量完成了3小时飞行试验,验证了高比能锂电池的高效能量储备能力与运行稳定性。
在一些科研领域,比如深空探测、材料科学、量子计算等,会用到极低温环境,需要极低温制冷技术提供支撑。长期以来,获得极低温主要利用液氦来实现,但自然界中氦元素较为稀缺,如何不用氦元素实现极低温制冷,获得极低温环境,成为科学界攻关的一大难题。
1月,中国科学家在《自然》在线发表一篇关于极低温制冷技术的论文,首次在钴基三角晶格磁性晶体中发现量子自旋超固态存在的实验证据,利用该晶体,通过绝热去磁获得-273.056℃极低温,实现无液氦极低温制冷。
超固态是物质在接近绝对零度即-273.15℃时呈现的一种量子态,物质此时既有晶体态中原子规则排布的特征,又可像超流体一样,无摩擦地流动。磁性材料随外磁场变化可产生显著气温变化,因此利用特殊磁性物质,通过绝热去磁而制冷。中国科研人员历时约3年,克服了极低温下的漏热控制与温度测量等诸多难题,研发出新型低温测量器件,最终实现了-273.056℃极低温。
上述成果是基础研究的一项重大突破,将其转化成实际的器件和制冷机虽然还要克服科学和工程技术的巨大挑战,还有非常长的路要走,但是为国际科学界提供了重要启发和思路,进一步促进该领域研究深入开展。(本报记者张保淑)
2024年12月8日,广西梧州岑溪市岑城镇木榔村,生态田园中阡陌纵横线条分明,冬韵如画。
2024年12月10日,贵州省黔西市绿化白族彝族乡大海子村,青山环绕树木葱茏,构成一幅美丽的生态画卷。
2024年12月6日,古城苏州街头,成片的银杏、红枫等树木色彩斑斓满目缤纷,成为一道迷人的风景。
2024年12月6日,初冬时节,山东省青岛市即墨区灵山街道花卉种植基地的大棚里一片繁忙,种植户忙着管护花卉。
2024年11月30日,初冬时节,河南省南阳卧龙岗文化园内,树木换上新装,宛如一幅五彩斑斓的画卷,吸引不少市民、游客前往赏景。
理响中国·讲好“中国式商量”故事|助老食堂一餐热饭 温暖银龄幸福“食”光
政协协商与基层社会治理的衔接,可实现协商于民协商为民,让全过程人民民主更好的在基层体现。
11月12日至13日,浏阳市委常委、组织部部长、市家居建材产业链链长唐安石带队,市人大常委会党组副书记、副主任、市家居建材产业链副链长张葵红,市人民政府党组成员、副市长、市家居建材产业链副链长谢波等同志参加,赴广东省佛山市开展家居建材产业链招商考察活动。
2024年11月12日,江苏省苏州市荷塘月色湿地公园内向日葵竞相绽放,吸引众多游客前来观赏,乐享秋日美景
2024年11月12日,湖南省怀化市通道侗族自治县双江镇的烂阳村,山林色彩斑斓,红叶似火,黄叶如金,松柏常青,宛如大自然的调色盘
南泥湾是中国军垦、农垦事业的发祥地,是“自力更生、艰苦奋斗”创业精神的发源地。
延安地区拥有丰富的煤炭资源,在采矿井约40家,年开采量约5000万吨,但煤质坚硬、自动化程度低等难题严重制约着煤炭产业的发展。
近日,在陕西延安举行的“弘扬延安精神,奋进伟大时代” 网上主题宣传系列访谈中,洛川青怡庄园生物科技有限公司副总裁肖小杰介绍,他们企业的苹果按个卖,一个可以卖到10元。
堆积起来的生菌木材冒着热气儿,菌种生产厂房里机器轰鸣,滑子菇大棚里农民忙着收“金疙瘩”。
你以为的农村是雨天泥泞,还是道路整洁?爬高上低,还是风景无限?高家原则将山体沟道治理作为城市有机更新和创建文明典范城市抓手,让山体沟道,环境大改善。
近日,在陕西延安举行的“弘扬延安精神,奋进伟大时代” 网上主题宣传系列访谈中,延安大学经济与管理学院副教授、数字化的经济专业负责人王珊珊介绍,从卖苹果到卖服务,这是数字技术非常好的一个创新,和产业结合的非常有深度。通过消费者与大自然以及果树的亲密视觉接触,能提高他们的体验感,增加对苹果这样的产品的客户粘性和客户忠诚度。
激昂的旋律回荡在空气中,豪迈的歌声飞扬于天地间。壮丽的情怀澎湃在心田里,不朽的精神传承于岁月中……
青山环绕、绿水蜿蜒,这是吴起南沟村给记者们留下的第一印象。谁能想到,这个位于陕西省延安市吴起县的小村庄,曾经风沙肆虐、植被稀疏。经过二十多年艰辛努力,光秃秃的黄土高坡绿意盎然。
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