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超导体技术的突飞猛进

世界历史常识全知道 文若愚 2020 2021-04-06 02:04

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  超导体技术的突飞猛进超导体对流经的电流没有任何阻碍。超导体在1911年就被发现了,但是多年以来,科学家们认为超导只有在导体温度极接近绝对零度(-273.15℃)时才会发生。超导现象发生时的温度即为临界温度。在大部分Ⅰ型超导体中,首先被确定的是金属或准金属(介于金属与非金属之间的一类物质),并且它们只有在极低的温度下才能发生超导现象。某些合金和金属化合物被划入Ⅱ型超导体,具有更高的临界温度——特别是施加超高压时。直到1985年,科学家发现了在普通大气压下具有最高临界温度为23.2K(-249.95℃)的超导体——铌的一种合金。

  1986年,“高温”超导研究取得了突破性的进展。1986年,IBM苏黎世欧洲研究中心的两位科学家阿列克斯·穆勒和贝德诺尔茨在镧-钡-铜-氧化物陶瓷材料上发现了高温超导电性——尽管陶瓷材料常用作绝缘材料。这种金属氧化物陶瓷材料的超导临界温度约35K(-238.15℃)。尽管35K还是一个超低的温度,但是这个发现暗示找到具有更高超导临界温度的材料是可能的,这就进一步激发了科学家研究的兴趣。就在穆勒-贝德诺尔茨超导新发现发布几个月后,一些实验室用锶代替原来的钡,将超导临界温度提高到39K(-234.15℃)。1987年3月,物理学家朱经武和在美国休斯敦大学以及亚拉巴马大学的吴茂昆等研究人员用钇取代原来的金属镧,构成的钡-钇-铜金属氧化物陶瓷材料的超导临界温度升高到98K(-175.15℃)。他们将其命名为“ibco”,并且根据材料中的三种原子钇、钡、铜组成比例将这类的超导材料称作1-2-3化合物。在1987年上半年,至少有800篇关于高温超导研究的论文发表在科学期刊上,并且在下半年,这方面的论文以每周30篇的速度迅速递增。1988年,许多实验室称,由铊、钡、钙、铜和氧组成的化合物超导临界温度达到了125K(-148℃);还有报道称,铊化合物超导临界温度已高达140K(-133.15℃)。铊基化合物在英国被称为“烟草”,铊类化合物很难被分析,因为其具有超强的毒性。

  在许多科学家继续研究陶瓷材料时,另一些科学家则转向了全新的超导研究方向,并在“巴基球”(1985年富勒发现)上发现了超导性。巴基球是碳原子的三种同素异构体之一(另外两种形式是石墨和金刚石),巴基球分子(C60)是由60个碳原子以球状相互键合而成,外观形状像一个微小的足球。1991年,AT&T(美国电报电话公司)贝尔实验室研究人员将钾原子掺杂在C60中构成K3C60,发现其是一种超导体,临界温度为18K(-255.15℃)。其他的研究人员后来改变了K3C60的组成,用铷或铯取代钾原子,其超导临界温度提高到33K(-240.15℃);当用铊取代钾时,超导临界温度升高到42K(-231.15℃)。

  1993年,超导临界温度问题又取得了突破性的进展,在瑞士苏黎世联邦技术研究所,由汉斯·R.奥特领导的研究小组研制出一种由汞、钡、钙、铜和氧5种元素组成的陶瓷化合物材料,其超导临界温度达到了133K(-140.15℃)。同年不久,休斯敦大学的朱经武和法国格勒诺布尔极低温度国家研究中心的曼努尔·努伊兹-雷盖罗研制的汞基陶瓷材料在15万~23万倍于海平面大气压的超高压条件下,其超导临界温度达到了153K(-120.15℃)。有些研究小组声称已经发现了室温300K(26.15℃)下的超导体,但是没有任何证据证明其真实性。

  物理学家们都在积极地寻求有价值的研究成果。低温超导体材料必须浸在液氦中,这既不方便又很昂贵。与之相反,液氮不但丰富、价廉而且使用方便。液氮的沸点为77K(-196.15℃),适合高温超导体材料的冷藏。

  由超导体材料制成的导线用于制造超导磁体。超导磁体在磁分离及医学成像方面有重要作用,而且还可以用于磁悬浮列车。磁体使列车悬浮,消除了列车与车轨之间的摩擦。2003年12月,日本一列磁悬浮列车在山梨磁悬浮测试线上行驶速度高达581千米/小时。由超导导线制成的发电机体积只有传统发电机的一半大小,但是其发电效率超过传统发电机的99%。闭合超导线圈可以储存电流而没有一点损耗,可用来制造零损耗充电电池。 世界历史常识全知道

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