随着Y(或La)-Ba-Cu-O系陶瓷高温超导材料的问世,自1986年下半年起,在世界范围内出现了一股超导热。研究工作主要分三个方面进行:一是继续寻找具有更高的零电阻转变温度的新型超导材料,二是研究材料的结构并探索甚具有高温超导性的机理,三是实际应用研究。前一阶段,关于超导材料研究工作进展的报道多侧重于前两方面,对其实际应用则报道甚少,但研究新型材料的目的归根结底在于应用。为此,本文介绍日本经济杂志“DIAMOND”最近连续发表的有关超导材料的实际应用的三篇报道,从中可以看出,超导材料尤其是高温超导材料的发展如何推动新的工业革命不断前进,它们在某些领域的实际应用已不是遥远的将来而就在眼前。
——译者
在超导材料领域正在发生着一场革命。1986年迅猛开始的开发新型陶瓷超导材料的竞赛,已导致很快地不断刷新更高的零电阻温度记录。而今,并发能在室温下实现超导性的材料,已不再是一个梦想。如果这样的材料一旦研制成功,那么在能源和电子工业领域将会兴起一个巨大的市场。企业界正致力于将新的超导材料投入实际的应用。
产生了两次“超导冲击”波。第一次发生在1986年12月22日,当时东京大学的Kazuo Fueki教授和Shoji Tanaka教授和他们领导的研究小组宣布,发现了一种在绝对温度37 K出现超导现象的新型陶瓷材料。将超导性付诸实际应用的难关是冷却问题,现已迈出了解决这一难题的第一步。过去,一直是用液氦(4.2 K)作冷却。但是,生产液氮要远比生产液氮困难,而且液氦的能量效率极低,只有20%。对37 K而言,液氢(20 K)实际上可用来取代液氮,虽它尚未达到30 K的临界温度。再者,过去采用的超导材料是铊,它的资源并不丰富。而另一方面,陶瓷材料却更不受资源的限制。
第二次冲击波是1987年2月来自美国。休斯敦大学的一个研究小组发现了一种转变温度超过液氮(77 K)的超导材料。液氮通常用于实验室或生产场所,因为它的价格低廉,而且即使人手接触到少量的液氮,也不会造成伤害。这种新型超导材料的发现,一下子就将超;导性同人们的生活联系在一起。一个接一个的研究者们都在致力于发现一种可在更高的温度下,如可能的话在室温出现超导现象的材料。最近苏联宣布,他们已发现了一种零电阻温度在300 K以上超导材料,但这一点尚未得到证实。但可断盲,如果超导性在室温得以实现,就将会引起自工业革命以来最重大的技术革新。
采用液氮使电阻降低到零的新型超导材料,主要可以用于以下两个领域。一是将超导材料制成细丝,可以用来制造线型电动列车(linear motor car)、大量电能的存储和核聚变用的高效磁体。二是薄膜形状的超导材料,可以用作高灵敏度的传感器或新型电子元件。据估计,首先投入应用的将是采用薄膜的电子元件。如果这种元件一旦被使用,就能够制造出空前灵敏的传感器,可用来探测从生命体上发射出的微弱磁力、长波长红外线和微米波。这种传感器可用于医学诊断和来自宇宙空间的遥感测量。美国出自他对划时代的新的军事用途的考虑,对此十分重视。
至于丝材,目前碰到的最大难题是如何提高电流密度。临界电流密度是指不致使超导性破坏的电流量的临界值。如果电流密度太小,就必须在电磁体上缠绕更多的线圈,这样就不可能制成一种体积小而效率高的电磁体。据认为,具有实用价值的丝材要求在每平方厘米的截面上能流过100,000到1,000,000安的电流。已用质硬而脆的陶瓷成功地制成了20米长的丝材,但迄今所能达到的最高电流密度每平方座米截面上只有1,010安,远远低于所要求的水平。
目前的主要研究对象是可在温度77 K以上使用的钇、钡和铜的氧化物陶瓷,而它们的结构分析和应用开发工作还在进行当中。与此同时,研究者们正在寻找能在更高的温度下具有超导性的其他材料。
有两方面的主要研究课题可供选择。而选择哪一种,这对研究者来说是一个很敏感的问题。如果某人开始了对应用王艺的研究,那么在更高的温度下具有超导性的新材料的发现就会给他带来某些麻烦:反之,如果没有发现什么新的材料,或者说新发现的材料同原来的相比区别并不大的话,在应用方面的工艺差别就会变得举足轻重。
[Japan's Economic Journal“DIAMOND”,Vol.17,No.11,1987]