150多年前的一個寒冷冬天,俄國彼得堡軍需倉庫發生了一件很奇怪的事。這一天,當倉庫保管員打開倉庫大門時,發現軍大衣上的紐扣都不翼而飛了,隻在紐扣位置處剩下了一點點粉末。這是怎麼回事呢?後來經過調查才明白,軍大衣上的紐扣是由白錫製成的,白錫在溫度低於零下18攝氏度時,就變成了粉狀的灰錫脫落掉了,所以隻剩下了點點的粉末。
為什麼白錫在低溫下會變成粉狀的灰錫呢?其實,這個道理很簡單,就跟水在0攝氏度以下變成固體的冰一樣。大家都知道,物質的物理性質依賴於溫度,比如水在0攝氏度變成冰,在100攝氏度以上就變成水蒸氣;空氣在常溫下是無色透明的氣體,但當溫度低於零下193攝氏度時,就會變成淺藍色的液體;汞(水銀)在常溫下是閃耀銀光的液體,但在零下39攝氏度時就會變成固體,所以在很寒冷的地方,人們都不使用水銀溫度針。所有這些例子,都是物體在低溫下表現出的物理性質。
1911年,荷蘭物理學家卡曼林·昴尼斯和他的學生在實驗中又發現了物體在低溫下的另一個重要特性——超導電性。當時他們做的實驗是檢測汞在低溫下的電阻,他們把汞的溫度逐漸降低,當溫度降到零下268攝氏度時,一個奇妙的現象發生了,他們測出汞的電阻突然完全消失而變成了零。
後來,物理學家又相繼發現了鉛、鋅、鋁等20多種純金屬和900多種合金、500多種化合物在低溫條件下都具有電阻消失的現象。人們就把這種特性叫做超導電性。把電阻消失時的溫度稱為臨界溫度,把在臨界溫度下具有零電阻特性的材料統稱為超導體。
超導體具有很多獨特的性能,最突出的特性就是在隘界溫度以下電阻為零,這時在超導體內流動的電流可以很大又不會發熱,因此沒有能量損耗。換句話說,超導的實現,能為人類節約大量的能源。
超導體的這種高載流能力和零電阻特性,使它能長時間無損耗地儲存大量電能。需要時,儲存的能量可連續地或脈衝式地釋放出來。把它做成電感儲能裝置,可作為激光武器的能源。目前,科學家們正在研製功率大、體積小、重量輕的超導發電機,這種發電機將是超導技術在軍事上最先得到應用的項目之一。這一項目研製成功之後,必將對未來的戰爭產生巨大的影響。
用超導體製成的計算機,具有計算速度快、體積小、耗能低、使用方便等優點。它的計算速度比目前最先進的半導體計算機要快近百倍,而信息存儲量也能大大增加。將它用於機載預警雷達係統,能極大地提高係統的工作效率。
20世紀70年代以來,各國科學家都積極開展了超導技術在海軍艦艇方麵的應用研究,並已初見成效。用超導電磁力推進裝置代替螺旋槳推進部件,使超導艦艇具有結構簡單、推力大、航速快、無噪聲、造價低等優點,還可以降低紅外輻射,不易被敵方發現,從而提高自我生存能力和快速突防能力。
1990年,日本研製了一種新型的常溫超導材料,這是世界上懸浮力最強的超導材料。它不僅可以用來製造高速磁懸浮列車,還可以用於發射航天飛機。用於發射航天飛機的超導磁懸浮發射裝置,是一條3500米的水平導軌,終端與200米高的垂直軌道相連接,形成90度角的陡坡。發射時,航天飛機在磁懸浮力的作用下,沿水平方向前進並逐漸加速,到水平終端又高速垂直向上飛行,即可以升空了。采用超導磁懸浮發射裝置,可以成倍減輕航天飛機的重力,推力大,速度快,耗能少,安全可靠,還可重複使用。
超導技術也可以用於超導探測儀,用來探測潛艇。還可以用於超導天線、超導衛星、超導粒子束武器等等。超導體具有廣闊的應用前景。