什么是超导材料？

什么是超导材料？

超导技术的研究是当代科技中的一项重大课题。随着“低温”超导材料研究开发难度的增大，兴起了“高温”超导材料的研究开发。  　　 早在1911年，荷兰科学家昂尼斯用液氮冷却水银，当温度降到-2690C左右时，发现水银的电阻空气完全消失，这种现象称为“超导”现象，所有具有这种零电阻的材料称为超导体。由于超导体具有两大宏观特征，即零电阻和完全抗磁性，因而它可以输送大电流不发热，几乎不损耗能量。但是在1911年之后的70多年里，科学家所研制的超导体一直处在低温下，最高温度只有23．2K。直到80年代后期，发现了转变温度达35K的镧钡铜氧化物之后，世界性的“高温”超导材料的研究开发热才蓬勃发展起来。从1987年到现在，美、中、日三国都相继发现了转变温度100K的超导材料。当前，世界各国在高温超导材料研究方面竞争十分激烈，都希望率先找到常温条件下的高温超导材料。我国对超导材料的探索，以及相关的材料科学基础性研究方面一直保持或接近世界前沿。1998年7月24日，北京有色金属研究总院研制成功我国第一根由铋系高温超导材料制造的输电电缆，性能达到世界先进水平。  　　 高温超导材料的应用必将导致一场新的技术革命，其意义不亚于半导体材料。这是因为超导材料的应用领域较广：①电力输送。可以不加压输电，电能损失可减少10％以上，电费开支可节省15％以上。据测算，单是超导输电的实现就可使美国一年节省价值100亿美元的电力。②受控热核聚变反应装置。其反应过程中的温度高达1亿摄氏度，目前还没有任何装置能约束这种极高温的反应过程，而将来用超导体产生的超强磁场可有效地控制这种反应过程。③超导磁悬浮列车。这种列车打破了传统的轮轨接触方式，它是在没有轮子的车厢上和轨道上安置线圈，电流通过时使之产生相斥的磁场将车厢抬起悬浮状，以线形电机推动车厢前进。这种列车没有轮轨接触滚动的阻力，列车行驶速度大大提高，时速可达500多公里。如北京到广州，只需要4个多小时。另外，用超导电动汽车取代燃油汽车，全世界每年可节省燃油10亿吨以上，并可大大减少噪音和环境污染。④超导电子计算机。用超导芯片将大大提高计算机的运算速度，并减少体积。美国IBM公司研制的一台运算速度为8000万次/秒的超导计算机，体积只有一部电话机大小，其元件不发热，可长时间高效率运行。