超导体的技术和发明

1911年,荷兰莱顿大学的Cameron-Anis意外发现,当水银冷却到-268.98℃时,水银的电阻突然消失。后来他发现很多金属和合金都有类似于上述汞的低温失去电阻的特性。由于其特殊的导电性,卡梅伦-阿尼斯称之为超导态。卡梅伦因这一发现获得了1913的诺贝尔奖。

这一发现引起了世界范围的震惊。在他之后,人们开始把处于超导状态的导体称为“超导体”。超导体的DC电阻率在某一低温下突然消失,这种现象称为零电阻效应。没有导体的电阻,电流流过超导体时就不会产生热损失,电流可以在没有电阻的导体中流过大电流,从而产生超强磁场。1933年,荷兰的迈斯纳和奥尔森菲尔德发现了超导体的另一个极其重要的性质。当金属处于超导状态时,这种超导体中的磁感应强度为零,但超导体中原有的磁场被挤出。对单晶锡球的实验表明,当锡球过渡到超导态时,锡球周围的磁场突然发生变化,磁力线似乎一下子被排除在超导体之外。人们把这种现象称为“迈斯纳效应”。

后来,人们还做了一个实验:在一个浅的马口铁盘中,放入一块体积很小但磁性很强的永磁体,然后降低温度,使马口铁超导。这时我们可以看到,小磁铁其实离开了马口铁的表面,慢慢地飘了起来。

迈斯纳效应意义重大,可以用来判断一种物质是否具有超导性。

为了使超导材料实用化,人们开始探索高温超导的过程。从1911到1986,超导温度从4.2K汞柱上升到23.22K(绝对零度代码为K = -273.16摄氏度)。Ba-La-Cu氧化物的超导温度在65438+1986年10月发现为30K,65438+10月30日定为40.2K,上升到43K,不久又上升到46K和53K。2月30日发现15,98K超导体,不久发现14。

超导材料和超导技术具有广阔的应用前景。超导中的迈斯纳效应使人们利用这一原理制造超导火车和超导轮船成为可能。因为这些车辆将在无摩擦状态下运行,其速度和安全性将大大提高。超导列车在20世纪70年代已经成功进行了载人可行性试验。日本从1987开始试运行,但经常出现故障,可能是高速行驶产生的颠簸。超导船于1992年6月27日下水试航,尚未进入实用阶段。用超导材料制造车辆还存在一些技术障碍,但势必会引发一波车辆革命。

超导材料的零电阻特性可用于输电和制造大型磁体。超高压输电会有很大的损耗,使用超导体可以把损耗降到最低,但是临界温度更高的超导体还没有进入实用阶段,因此限制了超导输电的采用。随着技术的发展和新型超导材料的出现,超导输电的希望在不久的将来就能实现。

现有的高温超导体仍处于必须用液氮冷却的状态,但仍被认为是20世纪最伟大的发现之一。1,比尔·李

1911年,荷兰科学家艾格尼丝用液氦冷却了水星。当温度降至4.2K时,发现水银的电阻完全消失。这种现象被称为超导。1933年,迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现了这种被称为抗磁性的现象。

超导性和抗磁性是超导体的两个重要特性。超导体电阻为零的温度称为超导临界温度。经过科学家几十年的努力,超导材料的磁电屏障已经被跨越,接下来的难点是突破温度屏障,即寻求高温超导材料。

2.奇怪的超导陶瓷

1973年,人们发现了超导合金——n B- Ge合金,其临界超导温度为23.2K,保持了13年。1986年,瑞士苏黎世IBM公司研究中心报道一种氧化物(La-Ba-Cu-O)具有35K的高温超导性,打破了氧化物陶瓷是绝缘体的传统观念,在世界科学界引起轰动。此后,科学家们争分夺秒地攻关,几乎每隔几天就有新的研究成果出现。

1986年底,贝尔实验室研究的氧化物超导材料临界超导温度达到40K,跨越了液氢的“温度屏障”(40K)。1987年2月,美籍华人科学家朱经武和中国科学家赵忠贤先后在钇钡铜氧材料上把临界超导温度提高到90K以上,液氮的禁区(77K)奇迹般地被打破。1987年底,铊钡钙铜氧材料将临界超导温度提高到125K,在1986-1987的短短一年多时间里,临界超导温度居然提高了100K以上,这是材料发展史乃至科技发展史上的奇迹!高温超导材料的不断出现,为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。