什麼是超導體？

超導材料，又稱為超導體（superconductor）。當某導體在一溫度下，可使電阻為零而稱之。零電阻和抗磁性是超導體的兩個重要特性。使超導體電阻為零的溫度，叫超導臨界溫度。

演進史
1911年，荷蘭科學家昂內斯(Onnes)用液氦冷卻汞，當溫度下降到絕對溫標4.2K時水銀的電阻完全消失，這種現象稱為超導電性，此溫度稱為臨界溫度。根據臨界溫度的不同，超導材料可以被分為：高溫超導材料和低溫超導材料。但這裡所說的「高溫」，其實仍然是遠低於冰點攝氏0℃的，對一般人來說算是極低的溫度。1933年，邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學家發現，如果把超導體放在磁場中冷卻，則在材料電阻消失的同時，磁感應線將從超導體中排出，不能通過超導體，這種現象稱為抗磁性。

經過科學家們的努力，超導材料的磁電障礙已被跨越，下一個難關是突破溫度障礙，即尋求高溫超導材料。

1973年，發現超導合金――鈮鍺合金，其臨界超導溫度為23.2K，這一記錄保持了近13年。

1986年，設在瑞士蘇黎世的美國IBM公司的研究中心報道了一種氧化物（鑭鋇銅氧化物）具有35K的高溫超導性。此後，科學家們幾乎每隔幾天，就有新的研究成果出現。

1986年，美國貝爾實驗室研究的超導材料，其臨界超導溫度達到40K，液氫的「溫度壁壘」（40K）被跨越。

1987年，中國科學家趙忠賢以及美國華裔科學家朱經武相繼在釔－鋇－銅－氧系材料上把臨界超導溫度提高到90K以上，液氮的「溫度壁壘」（77K）也被突破了。1987年底，鉈－鋇－鈣－銅－氧系材料又把臨界超導溫度的記錄提高到125K。從1986－1987年的短短一年多的時間里，臨界超導溫度提高了近100K。


理論進展
美國物理學家巴丁、庫珀、希佛提出BCS理論，較圓滿的解釋了低溫超導。高溫超導的理論研究仍在進行中。


用途
超導磁體可用於製作交流超導發電機、磁流體發電機和超導輸電線路等。目前超導量子干涉儀（SQUID）已經產業化。

零電阻電線 銅線價錢

第二代高溫超導體技術


【 明 報 專 訊 】 1986 年 ， IBM 瑞 士 研 究 實 驗 室 兩 位 科 學 家 米 勒 （ Alex Muller ） 和 貝 德 諾 爾 茨 （ Georg Bednorz ） 發 明 一 種 陶 瓷 材 質 的 「 高 溫 超 導 （ 電 ） 體 」 （ high temperature superconductors ） ， 一 般 來 說 ， 陶 瓷 是 不 能 導 電 的 絕 緣 體 ， 但 米 勒 他 們 發 現 ， 這 種 陶 瓷 材 質 在 一 定 的 溫 度 下 就 失 去 電 子 阻 力 達 到 超 導 電 狀 態 ， 這 發 明 將 超 導 體 技 術 帶 入 新 紀 元 。


十 多 年 後 ， 美 國 太 空 總 署 與 休 斯 頓 一 間 超 導 體 公 司 正 式 將 高 溫 超 導 體 技 術 發 揚 光 大 ， 成 功 研 製 出 「 高 溫 超 導 體 電 線 」 ， 其 發 展 前 景 可 說 無 可 限 量 ， 如 新 一 代 磁 力 懸 浮 火 車 、 高 性 能 電 腦 ， 甚 至 在 月 球 建 立 基 地 都 有 賴 它 。


由 米 勒 和 貝 德 諾 爾 茨 最 初 發 現 「 高 溫 超 導 體 」 到 「 高 溫 超 導 體 電 線 」 的 正 式 誕 生 ， 其 間 可 謂 障 礙 重 重 。 二 人 的 發 現 奪 得 1987 年 諾 貝 爾 物 理 學 獎 ， 並 在 全 球 掀 起 一 股 高 溫 超 導 體 熱 潮 ， 世 界 各 地 科 學 爭 相 研 究 各 種 陶 瓷 材 質 的 高 溫 超 導 體 、 傳 媒 和 科 學 家 滔 滔 不 絕 地 談 論 高 溫 超 導 體 技 術 的 未 來 。


為 銅 線 百 倍 載 電 量


後 來 科 學 家 們 體 會 到 ， 如 何 把 這 一 技 術 付 諸 實 現 是 他 們 的 最 大 障 礙 。 由 於 陶 瓷 是 一 種 堅 硬 、 易 碎 的 物 質 ， 要 把 它 製 成 可 彎 可 曲 的 電 線 ， 在 技 術 上 似 乎 不 可 行 。 有 科 學 家 研 製 出 第 一 代 「 高 溫 超 導 體 電 線 」 ， 但 結 果 強 差 人 意 。 其 製 造 成 本 昂 貴 ， 是 銅 線 的 5 至 110 倍 ， 惟 電 容 量 僅 是 銅 線 的 2 至 3 倍 ， 與 科 學 家 心 目 中 能 比 銅 線 強 100 倍 的 超 導 體 相 去 甚 遠 。


市 場 額 料 達 2340 億


「 銷 聲 匿  」 十 多 年 ， 高 溫 超 導 體 技 術 又 再 有 新 突 破 。 獲 美 國 太 空 總 署 撥 款 資 助 的 得 州 休 斯 頓 大 學 超 導 性 及 先 進 物 料 得 州 中 心 （ TCSUH ） 與 金 屬 氧 化 物 技 術 公 司 （ MetOx ） 終 成 功 研 製 出 「 第 二 代 」 高 溫 超 導 體 電 線 ， 其 電 容 量 是 目 前 銅 線 的 100 倍 。 換 句 話 說 ， 一 條 同 等 粗 度 的 高 溫 超 導 體 電 線 ， 其 所 載 電 流 相 當 於 100 條 銅 線 ， 而 成 本 亦 只 是 銅 線 的 價 錢 。


TCSUH 科 學 家 伊 格 納 季 耶 夫 表 示 ， 高 溫 超 導 體 電 線 採 用 太 空 技 術 生 產 ， 在 真 空 情  下 ， 將 一 層 只 有 數 微 米 的 超 導 體 鍍 在 一 種 柔 韌 基 礎 上 ， 製 成 高 質 素 的 高 溫 超 導 體 薄 膜 。 至 於 詳 細 情  ， 因 是 商 業 秘 密 而 不 便 透 露 。 MetOx 將 於 今 年 全 面 生 產 此 高 質 素 的 高 溫 超 導 體 電 線 ， 預 期 全 球 市 場 額 高 達 300 億 美 元 （ 約 港 元 2340 億 ） 。


高 溫 超 導 體 的 應 用 範 圍 廣 泛 ， 對 發 電 廠 、 醫 療 以 至 太 空 設 備 等 領 域 ， 皆 有 莫 大 裨 益 。


可 減 溫 室 氣 體 排 放


美 國 目 前 的 供 電 有 6 至 7% 是 在 輸 送 電 纜 中 流 失 ， 因 電 纜 本 身 有 一 定 的 電 阻 會 損 耗 電 流 ， 若 以 超 導 體 電 線 代 替 傳 統 電 纜 ， 將 大 大 提 高 發 電 廠 的 效 能 ， 同 時 可 減 少 溫 室 氣 體 排 放 量 。


高 溫 超 導 體 的 另 一 項 應 用 是 磁 力 懸 浮 火 車 。 目 前 的 磁 力 懸 浮 火 車 是 採 用 傳 統 的 「 低 溫 超 導 體 」 ， 必 須 使 用 昂 貴 的 液 化 氦 （ liquid helium ） 作 為 冷 卻 劑 ， 將 來 在 採 用 「 高 溫 超 導 體 」 技 術 後 ， 便 可 選 用 價 錢 較 便 宜 和 普 遍 的 液 化 氮 （ liquid nitrogen ） 作 為 冷 卻 劑 ， 帶 來 經 濟 效 益 。


利 發 展 月 球 發 電 機


至 於 美 國 太 空 總 署 ， 則 希 望 盡 發 掘 高 溫 超 導 體 的 「 太 空 用 途 」 。 例 如 ， 在 衛 星 方 面 ， 以 超 導 體 磁 體 製 造 的 無 摩 擦 軸 承 ， 能 改 良 衛 星 的 準 確 度 。 在 太 空 船 設 計 方 面 ， 以 超 導 體 技 術 製 造 的 發 電 機 ， 體 積 僅 為 非 超 導 體 發 電 機 的 1/4 至 1/6 ， 有 助 減 輕 重 量 和 節 省 太 空 船 的 寶 貴 空 間 。


若 在 月 球 建 立 基 地 ， 超 導 體 的 低 溫 特 性 使 它 成 為 在 月 球 安 裝 發 電 機 和 輸 電 線 的 首 選 ， 因 月 球 晚 上 的 溫 度 跌 至 -173 ℃ ， 這 正 是 高 溫 超 導 體 的 運 作 溫 度 。 太 空 總 署 計 劃 在 未 來 派 太 空 人 親 往 探 索 火 星 ， 在 漫 長 的 航 程 中 ， 必 須 確 保 太 空 人 保 持 在 最 佳 的 身 體 狀  ， 將 來 有 了 以 高 溫 超 導 體 電 線 製 造 的 「 坐  式 」 核 磁 共 振 儀 ， 即 使 身 處 太 空 中 ， 也 能 詳 細 檢 查 太 空 人 身 體 各 組 織 ， 讓 他 們 安 心 上 路 。


資 料 來 源 ﹕ http://www.firstscience.com

2008-01-17 16:18:13 補充：
第二篇http://hk.knowledge.yahoo.com/question/?qid=7006032101191