神奇的超導材料

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。能不能把夜間富餘的電力儲存起來用以彌補白天電力不足的難題呢?

艱難的曆程

自從有了超導材料以來,解決這個問題就大有希望了。超導材料是怎麼發現的呢?那是1911年，許多科學家發現,金屬的電阻和它的溫度條件有很大關系。溫度高時，它的電阻就增加，溫度低時電阻減少。并總結出一個金屬電阻與溫度之間的關系的理論公式。這時,荷蘭實體學家昂尼斯為檢驗這個理論公式是否正确，就用水銀作試驗。他将水銀冷卻到-40℃時,亮晶晶的液體水銀像“結冰”一樣變成了固體，然後，他把水銀拉成細絲,并繼續降低溫度。同時測量不同溫度下固體水銀的電阻,當溫度降低到4K時，一個奇怪的現象發生了,水銀的電阻突然變成了零。開始他不太相信這一結果,于是反複試驗,但都是一樣。這一發現轟動了世界的實體學界,後來科學家把這個現象叫超導現象，把電阻等于零的材料叫超導材料，而把出現超導現象的溫度叫超導材料的“臨界溫度”。

昂尼斯和許多科學家後來又發現了28種超導元素和8000多種超導化合物材料。但出現超導現象的臨界溫度大多在接近絕對零度的極低溫,沒有什麼經濟價值,因為制造這種極低溫本身就很花錢而且很困難。

為了尋找臨界溫度比較高的沒有電阻的材料，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出現超導現象的铌鍺合金。此後這一記錄又保持了10 多年。

到了1986年,在瑞士國際商用公司實驗室工作的貝特諾茨和缪勒從别人多次失敗中吸收教訓,放棄了在金屬和合金中尋找超導材料的老觀念,解放思想,終于發現一種镧銅鋇氧陶瓷氧化物材料在43K這一較高溫度下出現超導現象。這是一個了不起的成就,是以他們兩人同時獲得了1987年的諾貝爾實體學獎。

此後,美籍華人學者朱經武,中國實體學家趙忠賢在1987年相繼發現了在78.5K和98K時出現超導現象的钇鋇銅氧系高溫超導材料。不久又發現秘锶鈣氧銅系高溫超導合金,在110K的溫度就有超導現象;而後來發現的铊鋇鈣銅氧系合金的超導溫度更接近室溫,達120K。這樣,超導材料就可以在液氮中工作了。這可以說是20世紀内科學技術上的重大突破,也是超導技術發展史上的一個新的裡程碑。

至今,對高溫超導材料的研究仍然方興未艾。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、铯、钕等元素後,也有超導性。有些科學家預料,球狀碳分子C-60經過摻金屬後,将來有可能在室溫下出現超導現象,那時，超導材料就有可能像半導體材料一樣,在世界引起一場工業和技術革命。