1μm精度！涡流阻尼难题破解！磁悬浮转子开启宏观量子研究

抖音热门 2025年10月14日 17:04 5 admin

冲绳科学技术大学的团队最近搞出个大突破，把磁悬浮系统里困扰几十年的“涡流阻尼”问题给解决了。

他们做了个石墨转子，能完全消除摩擦干扰，还发在了《通信物理学》上。

这东西不光能让传感器变超精密，更厉害的是，以后说不定能在宏观尺度上研究量子现象，算是把工程应用和基础物理都给盘活了。

先跟大家说下啥是涡流阻尼，简单讲，就是导电的东西在磁场里动的时候，会产生一种无形的“刹车力”。

这力在有些地方有用，比如新干线刹车、电动工具制动，靠它减速很方便。

但对要高精度的设备来说，这力就是大麻烦，比如想测个微小的重力变化，一点“刹车”就会让数据不准，之前传统磁悬浮传感器就总栽在这上面。

从“减少摩擦”到“消除摩擦”：转子设计的两次迭代

团队一开始没直接搞出现在的转子，去年先做了个方形的悬浮板，用的是石墨粉末混着蜡，外面涂了层二氧化硅，靠把涡流“分割开”来减少阻尼。

但问题很明显，蜡会让悬浮能力变弱，想装个小反射镜（用来测转速的）都不行，一装就掉下来，根本没法用在复杂设备上。

今年的新设计才算真正解决问题，他们用纯石墨做了个圆形转子，关键是“轴向对称”，简单说就是从中心轴看过去，每个方向都长得一样。

这样转子转的时候，始终待在强度一样的磁场里，磁场没变化，自然就不会产生涡流。

老实讲，我本来以为会用特别复杂的磁场屏蔽技术，后来发现居然靠的是对称设计，这种从根源解决问题的思路，比绕远路聪明多了。

为了保证对称，加工精度要求特别高，转子的对称度得控制在1微米以内，这比头发丝还细不少。

团队还专门做了数值模拟、数学证明，最后在接近真空的环境里测了12小时，转子转速几乎没衰减，才算确认这设计真能消除涡流。

对比去年的方形板，现在的纯石墨转子悬浮力强了一半，还能稳定装5克以内的零件，比如测数据用的小元件，实用性一下子上来了。

这转子的用处可不止一个，先说说传感器这块，基于去年方形板的技术，他们已经做了个加速度计，能测出特别小的重力变化。

比如地壳轻微的形变、地下有没有油气田，用它都能测出来，更厉害的是，今年上半年他们还跟日本JAXA合作，把早期的悬浮装置送上了国际空间站，测试在太空微重力环境下稳不稳定，为以后测引力波、找暗物质打基础。

要是把眼光放远点儿，这转子还能帮物理学家研究量子现象。

以前研究量子都得看原子、光子这些微观粒子，宏观的东西因为摩擦、振动，根本没法呈现量子态。

但这个转子是毫米级的，算宏观物体，而且没摩擦，要是再把它冷却到特别低的温度（接近绝对零度），说不定能进入“量子旋转叠加态”，简单说就是转子能同时往两个方向转。

团队的特瓦姆利教授说，他们就想试试能不能让转子进入这种状态，这在以前的宏观系统里根本做不到。

当然，想大规模用还有不少麻烦，比如加工精度太高，现在做10个转子可能只有3个达标，成本不低；还得在接近真空的环境里用，普通工厂或者野外很难满足。

不过团队已经在想办法了，最近跟做精密机床的发那科合作，想把加工良率提上来，以后成本能降不少。

这个磁悬浮转子算是把一个老技术难题给玩出了新高度，它不只是让传感器更精密，还为基础物理研究打开了一扇新门。

说不定再过几年，我们能靠它做出更准的导航设备，甚至能亲眼看到宏观物体的量子态，那时候对物理世界的理解又能深一层。

这种从工程突破到推动科学认知的发明，才是最有价值的。

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