專利名稱：一種以納米結(jié)構(gòu)建立室溫超導(dǎo)體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以納米結(jié)構(gòu)建立室溫超導(dǎo)體的方法。
無論是在高溫區(qū)還是在低溫區(qū)(液氦溫區(qū)除外)，金屬導(dǎo)體產(chǎn)生電阻的原因都是一致的在物質(zhì)內(nèi)部，熱噪音的存在會(huì)使晶格點(diǎn)陣發(fā)生振動(dòng)，點(diǎn)陣的振動(dòng)則令自由電子隨之振動(dòng)。當(dāng)電子傳導(dǎo)電流時(shí)，就會(huì)形成振動(dòng)的電子流。電子流的振動(dòng)勢(shì)必造成電子之間的無序碰撞(并非電子與所謂的“聲子”碰撞)，從而產(chǎn)生電阻阻礙電子的定向流動(dòng)。具體過程是，溫度↑↓→熱噪音↑↓→熱碰撞↑↓→電阻↑↓。
根據(jù)上述，可以認(rèn)為，(室溫)超導(dǎo)體問題實(shí)質(zhì)是(室溫)熱碰撞問題。換言之，建立(室溫)超導(dǎo)體的過程其實(shí)是解除(室溫)熱碰撞實(shí)現(xiàn)零電阻的過程。
如何解除(室溫)熱碰撞使之為零？這是一個(gè)至關(guān)重要的問題。該問題的解決，不僅能夠揭示液氦溫區(qū)至液氮溫區(qū)乃至室溫區(qū)所有高低臨界溫度超導(dǎo)體的內(nèi)在規(guī)律，而且能夠解釋一切超導(dǎo)物質(zhì)的超導(dǎo)電性，并且能夠?qū)е陆涣鞒瑢?dǎo)體的誕生。然而，迄今為止，超導(dǎo)物理界還沒有一種理論(其中包括BCS理論)和技術(shù)方案(盡管獲得了164K的“高”溫超導(dǎo)體)就所提問題能夠作出明確的回答。
本發(fā)明的任務(wù)是，提出一種以納米結(jié)構(gòu)解除熱碰撞、建立室溫超導(dǎo)體的方法。
如果將金屬導(dǎo)體分割成為無數(shù)根非接觸的直徑只有一個(gè)原子大小的納米細(xì)線(美國(guó)IBM公司的研究人員已能制成僅由二個(gè)原子構(gòu)成的墜道二極管)，情況會(huì)怎么樣？雖然不能排除電子隨納米細(xì)線一起同步振動(dòng)(前述熱噪音所致)，但由于每根納米細(xì)線彼此相隔，因而導(dǎo)線間的電子熱碰撞(橫向)為零。單一納米細(xì)線上的熱碰撞(直向)對(duì)于電流傳導(dǎo)而言，正碰撞與負(fù)碰撞的機(jī)會(huì)均等(否則將意味著出現(xiàn)非溫差電流)，故同線上的合碰撞為零。于是，由眾納米細(xì)線合成的“金屬導(dǎo)體”便呈現(xiàn)零電阻。本發(fā)明就是緣于此納米結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中，納米細(xì)線間的距離決定超導(dǎo)體的臨界溫度。
設(shè)室溫超導(dǎo)體的納米線距為S室，臨界溫度為T室＝300K，則有①當(dāng)S＞S室時(shí)，T＞T室，建立超導(dǎo)體的臨界溫度高于300K；②當(dāng)S＜S室時(shí)，T＜T室，建立超導(dǎo)體的臨界溫度小于300K；③當(dāng)S＜＜S室時(shí)，T＜＜T室，建立超導(dǎo)體的臨界溫度遠(yuǎn)離300K。
一些在非室溫區(qū)具有超導(dǎo)電性的氧化物(例如釔鋇銅氧化物)和陶瓷及碳足球等特殊材料，它們所含有的復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)也許正是本發(fā)明闡述的納米結(jié)構(gòu)?？墒牵捎诩{米結(jié)構(gòu)的S值達(dá)不到室溫要求的S室值，因此，它們(在室溫下)只能呈準(zhǔn)超導(dǎo)態(tài)。這些材料置于不同的非室溫區(qū)之所以呈超導(dǎo)態(tài)，是因?yàn)樗帨貐^(qū)給予的準(zhǔn)超導(dǎo)態(tài)與納米結(jié)構(gòu)給予的準(zhǔn)超導(dǎo)態(tài)配合之故，或者說是符合上述第②、③點(diǎn)要求所致。
顯然，物質(zhì)不同，S值就不同，超導(dǎo)態(tài)表現(xiàn)的臨界溫度自然也不同。127.5K鉈鋇鈣銅氧化物和164K汞鋇鈣銅氧化物可能恰是“鉈”、“汞”不同致使S有別從而造就臨界溫度之差。
至此，氧化物、陶瓷、碳足球等“高”溫超導(dǎo)體為什么一定含有金屬原子不言而喻。
納米線距S在決定臨界溫度的同時(shí)，還決定著臨界磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)H。S與H的關(guān)系是1、當(dāng)S＝0時(shí)，H呈現(xiàn)第I類超導(dǎo)體的臨界磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)；2、當(dāng)S＞0時(shí)，H呈現(xiàn)第II類超導(dǎo)體的臨界磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)；3、當(dāng)S＞＞0時(shí)，H進(jìn)入“第III類”超導(dǎo)體的臨界磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)。
眾所周知，第I類金屬單質(zhì)超導(dǎo)體(液氦環(huán)境)不允許通過交流電，否則喪失超導(dǎo)電性。喪失超導(dǎo)電性的理由是a、電流變化促使磁場(chǎng)變化從而引起電子流“傾向”性碰撞進(jìn)而破壞零電阻。b、通電導(dǎo)體之周圍不僅產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，其內(nèi)部也同樣存在交變磁場(chǎng)ΔB。ΔB對(duì)電子流會(huì)產(chǎn)生力的作用致使電子流發(fā)生新碰撞以致形成新的電阻破壞超導(dǎo)電性。
采用納米結(jié)構(gòu)后(S值須合理)，即使電子流受到ΔB的影響，也僅僅是加劇納米細(xì)線和電子的振動(dòng)而已，決不會(huì)出現(xiàn)異線(電子)碰撞的不良后果。不過，ΔB的大小可以左右振動(dòng)的幅度。
第II類超導(dǎo)體(釔鋇銅氧化物等“高”臨界溫度超導(dǎo)體)的上臨界磁場(chǎng)通常比下臨界磁場(chǎng)高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，而且大部分的臨界磁場(chǎng)均比第I類超導(dǎo)體高，其中與納米結(jié)構(gòu)無不關(guān)系。當(dāng)然，S值必須大于零。
顯而易見，以納米結(jié)構(gòu)為前提的S＞＞0的結(jié)果是，誕生交流超導(dǎo)體。
含納米細(xì)線的零電阻“金屬導(dǎo)體”，并不是單純的金屬材料，而是金屬(細(xì)線)材料與高強(qiáng)度絕緣材料相結(jié)合的“半金”導(dǎo)體。高強(qiáng)度絕緣材料的作用首先是阻隔眾納米細(xì)線；其次是防止納米細(xì)線出現(xiàn)振動(dòng)式機(jī)械折斷；再次是防氧化防腐蝕；最后是成形。目前發(fā)現(xiàn)的氧化物、陶瓷等“高”臨界溫度超導(dǎo)體全部為“半金”型的相信不是一種巧合。
“半金”超導(dǎo)體的內(nèi)部假如只設(shè)置一根納米細(xì)線，那就成了“全天候”超導(dǎo)體--既無高低溫的局限又無交直流的概念。但是，這種單芯“半金”超導(dǎo)體所能通過的電流是極為有限的(因傳導(dǎo)電子有限)，一般適合微電子電路(譬如電腦硬件)使用。大電流“半金”超導(dǎo)體的納米芯數(shù)應(yīng)為數(shù)量級(jí)。
綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)特征是包括有直徑為一個(gè)原子的金屬納米細(xì)線和用于隔離與成形的高強(qiáng)度絕緣體，納米細(xì)線置于絕緣體之中，兩者以納米技術(shù)同時(shí)合成。
置于絕緣體中的納米細(xì)線最好為數(shù)量級(jí)根數(shù)，線距以分子單位為宜。
絕緣體采用氧化物、陶瓷、新型工程塑料等高強(qiáng)度材料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是1、不需要復(fù)雜的低溫設(shè)備和高昂的低溫維持費(fèi)；2、高低溫與交直流通用；3、提供指導(dǎo)性措施，結(jié)束“炒菜式”探索。
下面是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。本實(shí)施例結(jié)合室溫超導(dǎo)線圈來說明。
超導(dǎo)線圈的“半金”超導(dǎo)線之截面積為10mm2，采取陶瓷作為絕緣和成形材料，內(nèi)置的納米細(xì)線為金屬鈮，線距為一個(gè)分子單位，以3000根的總數(shù)蜂窩狀地分布于絕緣體之中。
陶瓷鈮室溫超導(dǎo)體屬于硬質(zhì)導(dǎo)線，其制作過程須與線圈的繞制過程一塊進(jìn)行。
陶瓷鈮導(dǎo)線的制造程序從截面開始，每層為一個(gè)制作單元，以3000個(gè)原子鈮和相應(yīng)的陶瓷分子完成一個(gè)平面的10mm2，然后依此類推層層“疊加”即構(gòu)成所需長(zhǎng)度。
本發(fā)明除公知的用途外，還具有可制造交流超導(dǎo)電機(jī)、通信電纜和建立交流輸電系統(tǒng)等新用途。
權(quán)利要求
1.一種以納米結(jié)構(gòu)建立室溫超導(dǎo)體的方法，其技術(shù)特征是包括有直徑為一個(gè)原子的金屬納米細(xì)線和用于隔離與成形的高強(qiáng)度絕緣體，納米細(xì)線置于絕緣體之中，兩者以納米技術(shù)同時(shí)合成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以納米結(jié)構(gòu)建立室溫超導(dǎo)體的方法，其技術(shù)特征是置于絕緣體中的納米細(xì)線為數(shù)量級(jí)根數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以納米結(jié)構(gòu)建立室溫超導(dǎo)體的方法，其技術(shù)特征是絕緣體為氧化物、陶瓷、新型工程塑料等高強(qiáng)度材料。
全文摘要
一種以納米結(jié)構(gòu)建立室溫超導(dǎo)體的方法,提出了一種與眾不同的以納米結(jié)構(gòu)解除熱碰撞實(shí)現(xiàn)室溫零電阻的技術(shù)方案。技術(shù)特征主要包括有直徑為一個(gè)原子的金屬納米細(xì)線和用于隔離與成形的高強(qiáng)度絕緣體,納米細(xì)線置于絕緣體之中,兩者以納米技術(shù)同時(shí)合成。除公知的用途外,本發(fā)明還具有可制作交流電機(jī)和通信電纜等新用途。
文檔編號(hào)H01B12/02GK1201988SQ9810904
公開日1998年12月16日 申請(qǐng)日期1998年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月31日
發(fā)明者李揚(yáng)遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:李揚(yáng)遠(yuǎn)