低温超导现象及特性

低温超导现象及特性

超导是某些金属或合金在低温条件下出现的一种奇妙现象，是由荷兰的物理学家卡麦林·昂纳斯最先发现的。

1908年，昂纳斯（1853—1926年）成功地液化了地球上最后一个"永久气体"──氦气，得到了接近绝对零度（0K＝-273.15℃）的低温：4.25K～1.15K。之后，他把目标转向了"极低温下金属电阻随温度变化规律的研究"。昂纳斯先是用铂丝，接着用纯度更高的水银做实验，他吃惊的发现水银在温度降至氦的沸点即4.2K时（相当于-269℃），电阻竟意外地消失了。起初昂纳斯还以为是线路出现了故障，几经测定，最后他确信，水银在 4.2K下会产生一种新的导电特性──"零电阻性'或"超导电性"。1911年4月28日，昂纳斯公布了这一发现，并在随后几篇论文中明确指出，某些材料在一定温度下能进入一种电阻为零的新物态。他将这种新物态命名为"超导态"，同时把具有从正常态（电阻不为零）转变为超导态能力的材料称作"超导体"，把能使超导体从正常导电状态变为超导电状态时的转变温度称为"临界温度"。他进一步用铅环做实验，当铅变为超导态时，九百安培的电流在铅环中流动不止，两年半以后毫无衰减。

昂纳斯的这一发现轰动了全世界的科学家，大家纷纷实验，并且想要揭开超导的奥秘，因为只有了解了超导现象的微观机理，才能使超导为人类作出更大的贡献。

现在，科学家已发现有上千种元素和化合物在低温下可以转化为超导态。对所谓"零电阻性"也已有共识：超导体即使有电阻，它的电阻率必然小于10-26"欧·米，而且只对直流电适用，若给超导体通入交流电，它仍会出现类似于常规电阻的"交流损耗"。从这个意义上讲，超导体似乎可以说是一种直流理想导体。

高温超导体的巨大突破，以液态氮代替液态氦作超导制冷剂获得超导体，使超导技术走向大规模开发应用。

超导现象的最直接、最诱人的应用是用超导体制造输电电缆。因为超导体的主要特性是零电阻，因而较小截面的电缆上输送较大的电流，而且基本上不发热和不损耗能量。据估计，我国目前约有15%的电能损耗在输电线路上，每年损失的电能达到900多亿千瓦时。如果改用超导体输电，就能大大节约电能，缓解日益严重的能源紧张。

自从发现高温超导陶瓷后，特别是1987年全世界掀起了"超导热"以后，人们把注意力转向高温起导陶瓷的研究和应用。陶瓷超导体同样具有实用意义，预计在50年左右的时间内，有可能制备出工作在77K （－196.15。C）的温度下、临界电流密度超过每平方厘米10万安的实用化线材、缆材或带材。

超导体还可用于制造超导通信电缆。人们对通信电缆的主要要求是信号传递准确、迅速、容量大、重量轻，超导通信电缆正好能满足上述要求。

用超导体制造雷达天线、导航天线、通信天线和电视天线，可使天线的损耗减小几个数量级，而天线辐射效率可增加几百倍或更多。