常温超导材料的应用前景

未来常温超导技术的应用前景展望

引言：随着科技的发展，我们不禁感叹大自然的神奇。1908年荷兰物理学家Onnes首先将氦气液化获得4.2K以下的低温。随后在1911年，研究金属在低温下的电阻时发现，纯Hg的电阻在4.2K是急剧下降，低于这一温度时便完全不显示电阻了，而且这种现象是可逆的，温度上升又回到了原来的状态，并把这种具有超导电性的新状态称为超导态。超导这个名词第一次进入了人们的视野，经过近百年的努力在这一领域已经获得了许多成果，特别是1986年的高温氧化物超导体的发现，超导的研究进入了一个新的阶段，发展十分迅速。但由于达到超导的临界条件苛刻，超导的应用并不是一帆风顺。然而未来新型的常温超导技术却让我们看到了超导的广阔的应用前景和巨大的商业价值。这必将引起世界性的动力和能源革命，并定会影响人类现有观念和生活方式的变革，带来人类文明的又一次飞跃。

一．常温超导的原理

所谓超导是指金属或合金或化合物在温度达到某一特定的温度条件下呈现出电阻等于近似为零以及排斥磁力线的性质的的现象，超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度)TC。然而现在发现的高温超导的最高临界温度为153K左右，虽然现在的技术已经十分先进，但降温仍然是我们必须要考虑的问题。然而常温超导就不必为此担心，因为它的临界温度在常温附近。或者换而言之，常温超导是高温超导的继续，在本质上没有太大的变化，

只是在临界温度上又提高了一个档次。

二．常温超导的特点

常温超导同样具备其他超导体的一些基本的特性:

1.临界温度时，采用持续电流法则能检测出很低的电阻，方法是将超导材料做成环形置于磁场中，降低温度后再撤去磁场，然后测量环中的电流变化。之所以用先加磁场降低温度后再撤去而不是降低温度后加磁场的方法，是因为保持超导环周围无磁场比保持超导周围有稳定的磁场更容易实现。超导态下在撤去外磁场后由于电阻很小电流不会马上消失，此电流的消失或衰减速度与环的电阻有关。测定环行电流随时间的衰减情况就可以测定环的电阻。设环的电感为L，环的电阻为R，则环中的电流随时间的衰减规律为

()()()L

tR

I

I

=

t/

exp

0-

式中()0I是衰减开始时的环中电流，()t I是测量时刻t 的环中电流。目前已经测出超导态的电阻率小于1026-Ω·cm。可以认为R=0。超导材料的电阻-温度特性曲线如下：

2在超导状态，外加磁场不能进入超导的内部。原来处在外磁场中的正常态的样品，变成超导后，也会把原来在体内的磁场完全排出去，保持体内磁场感应强度B等于零，超导体的这一性质被称为迈斯纳效应。超导体内磁感应强度B总是等于零，即金属在超导电状态的磁化率为

χB=μ0()χ+1H=0

M

=H

/-

=

,1

以上是一些最基本的共性，其他的性质一些性质也同样适用，如Josephson效应等，而且这些现象在BCS理论的框架内都可以作出解释，G-L理论也完全使用。同时常温超导也属于第二类超导体，而且上临界磁场H e2也比较高，很有实用价值。既然称为常温超导就有一些与众不同的性质，除了临界温度为常温外，由于材料为化合物其能带的计算依然存在很大的问题，而且在高温超导中的一些不能很好解释的问题依然将困扰人类的研究。

三．常温超导的应用

由于常温超导的临界温度已经接近室温，所以其应用的前景将十分广泛。现在已经投入应用的超导绝大部分为高温超导，虽然他们的临界温度已达到了液氮区的范围，但应用起来仍然十分的不便，我们需要在为其降温上下功夫，不仅花费了大量的人力物力财力，而且在技术上的研发上也需要耗费了大量的时间。常温超导的出现将大大的减轻了在这方面的投入。同时它的应用领域将在高温超导的前提下继续扩大。

首先，常温超导将取代现有的超导应用，例如常温超导磁浮列车就是

在现有的磁悬浮列车进行改进，这样不仅减少了建造的施工难度，还减少了建造的成本，使现在的高昂票价变得平民化。而借助超温超导的特性我们还可以有其他的应用，例如电缆，现在的传输电缆虽然自身的电阻已经很低，但在远距离的传输上，大量的电能却白白的浪费在电缆上做了无用功，如果将来的电缆都换成常温超导材料，那么节省下来的电能将是一个不小的数目，这对于时下的能源缺乏来说无疑不是个好消息。常温超导电动机的发明又将历史的车轮推向另一个高潮，其应用不仅仅实在汽车，火车，飞机上，连最常见的自行车也可以安装这种发动机，到那时出行游玩不再是难事。而常温超导电池又将会给全球的能源带来新的革命。总而言之，常温超导的魅力是无穷的，只有想不到，没有做不到。

结束语：常温超导虽然离我们还有一定的距离，但我们对知识的渴求，对未知世界的探索促使着我们不断的进步。我想用不了多久，常温超导将走入我们的视线，用它那奇特的性质为人类造福，为人类的发展贡献出自己的一份力量。

参考文献：《固体物理基础》高等教育出版社吴代鸣著

《超越自由神奇的超导体》科学出版社张立源著

2007年12月25日