超導材料

超導材料，是指具有在一定的低溫條件下呈現出電阻等於零以及排斥磁力線的性質的材料。現已發現有28種元素和幾千種合金和化合物可以成為超導體。

在地球上，所有的元素和材料都有電阻，就是導電性最好的銀、銅、鋁也不例外，但有些種類的材料在一定條件下卻沒有電阻，這就是所謂超導材料。

超導材料最早是由荷蘭的物理學家昂內斯在1911年發現的。那時，許多科學家發現，金屬的電阻和它所處的溫度條件有很大關係。溫度高時，它的電阻就增加，溫度低時，電阻就減小。並總結出一個金屬電阻與溫度之間關係的理論公式。當時，荷蘭物理學家昂內斯為檢驗這個公式是否正確，就用汞(水銀)作試驗。他把水銀冷卻到-40℃，使它變成固體，然後把水銀拉成細絲並繼續降低溫度，同時測量不同溫度時固體水銀的電阻。當溫度降到4K時，一個奇怪的現象發生了，水銀的電阻突然變為零。這一發現轟動了世界物理學界。後來科學家把這個現象叫作超導(電)現象，把電阻等於零的材料稱為超導(電)材料。

各種超導線材料可廣泛用於輸電

昂內斯和許多科學家後來又發現了28種超導元素和8000多種超導化合物，但出現超導現象的溫度大多接近絕對零度，因而這種超導材料沒有什麼經濟價值，因為製造這種超低溫本身就花錢很多而且相當困難。

為了尋找在比較高的溫度下沒有電阻的超導材料，世界上無數科學家奮鬥了近60年，也沒有取得什麼進展。直到1973年，英美一些科學家才找到一種在23K時出現超導現象的鈮鍺合金，此後這一記錄又保持了10多年。

到1986年，在瑞士國際商用公司實驗室工作的貝特諾茨和繆勒從別人多次失敗中吸取了經驗，放棄了在金屬和合金中尋找超導材料的老觀念，解放思想，終於發現一種鑭銅鋇氧陶瓷氯化物材料在43K這一較高溫度出現了超導現象。這是一個了不起的突破，因此他們兩人同時獲得了1987年的諾貝爾物理學獎。

此後，美籍華人學者朱經武、中國物理學家趙忠賢等在1987年相繼發現了在78.5K和98K時出現超導現象的超導材料。這樣，超導材料就可以在液氮中工作了。

更令人振奮的是，1991年美國和日本的科學家又發現了球狀碳分子C↓60在摻鉀、銫、釹等元素後，也有超導現象。超導材料的出現有可能像半導體材料一樣，在世界引起一場工業和科技革命。因為沒有電阻的材料用途極為廣泛：用它輸送電流不會損耗電力；用它做發電機可以做得很小，但發出的電流可以很大。例如，一臺普通的大型發電機需要用15～20噸銅線繞成線圈，而如果用超導材料線圈，只要幾百克就夠了，而發出的電力卻是一樣的。

超導材料可以製作大型強磁體，未來的磁懸浮列車中超導磁體是磁懸浮列車中的關鍵性部件，用它產生的巨大磁力才能使列車懸浮起來。

超導材料還可以製成儲電裝置，把電流儲存起來，供急需時使用。1987年，美國國防部為適應“星球大戰”的需要，決定建立一個用超導材料儲電的裝置，在和平時期，可向居民供電，在導彈襲來時，可為鐳射武器供電，用鐳射摧毀導彈。

因為超導材料沒有電阻，只要把電“注入”超導線圈，電流就可以無休止地線上圈中流動也不會有損耗。美國設計了一個可以儲存500萬千瓦小時的巨型超導儲電裝置，它像一個巨大的輪胎，深埋在地下的核心部分是用超導材料做成的儲能線圈。它的直徑就有1568米，儲存的電力足以供幾十萬人口的城市照明用電。

超導材料也可以製作高靈敏度的測量儀器及邏輯元件和儲存元件。這些元件以超導薄膜的形式應用，所用的超導薄膜的厚度只需不到1微米就夠了。用超導材料製成的量子干涉器件可測量小到10的負18次方伏特的電壓差和10-18安培的電流，是磁腦照相術用儀器不可缺少的電子器件。

超導材料是一種沒有電阻的材料，既能節約能量，減少電能因電阻而消耗的能量，還能把電流儲存起來，供急需時使用。自從世界上以電力作為主要動力以來，就遇到兩個令人頭痛的問題，一是在輸送電流時，不少電力因導線有電阻而發熱，白白損失了相當的能量。另一個問題就是，白天的電力常常嚴重不足。而深夜的電力又大大富餘，搞得發電機常常白天超負荷運轉，深夜時卻空轉，電力白白浪費了。

超導材料是一種在一定條件下，能排斥磁力線且呈現出電阻為零的特性的新型材料。目前，已發現有46種元素和幾千種合金、化合物可以成為超導材料。超導材料根據臨界轉變溫度可分為低溫超導材料和高溫超導材料。低溫超導材料主要有NbTi 和Nb3Sn 材料等，高溫超導材料主要有Bi-Sr-Ca-Cu-O（BSCCO）和Y-Ba-Cu-O（YBCO）材料、MgB2超導材料、鐵基超導材料等。

超導材料具有兩大顯著特性，零電阻和邁斯納效應，此外還具有同位素效應、量子隧道效應等特性，可利用超導體實現諸如無損耗輸電、穩恆強磁場和高速磁懸浮車等，目前超導材料在醫療器械、國防軍事、電子通訊、電力能源、交通運輸等眾多領域取得了應用。

曾有10人因超導材料的研究成果而獲得諾貝爾物理學獎。