第七章新型材料（1）
人類文明的足跡，實際上就是一部活生生的材料發展史。早期人類的生活基本上是依賴大自然的恩賜，後來發明了製陶術，認識了礦石，學會了冶煉金屬，出現了青銅器和鐵器……人類的生活才逐步有了改善。曆史上的石器時代、青銅器時代和鐵器時代，就是以材料作為劃分時代的依據和人類文明進步的標誌。
社會發展到了科學技術高度發達的今天，新材料已成為發展高新技術、實現物質文明和精神文明的物質基礎。現在人們已可坐在家裏，通過“信息高速公路”了解世界的風雲，“遊覽”各國的博物館、圖書館，共享全球範圍的信息資源。然而，如果沒有由玻璃拉製成像頭發絲那樣細的光纖材料，建造“信息高速公路”就成為一句空話；沒有耐燒性的高溫、高強度結構材料，人類就難於登上月球，航天飛機也不可能往返於地球與太空之間；沒有電子材料的工業化生產，就不可能有當前的電子計算機技術和微電子技術……任何先進技術都離不開材料、設計和製造。也就是說，材料對時代文明和技術進步起著決定性的作用。
一、超導材料
超導現象
當某些金屬導體置於接近絕對零度（-273．16℃）的超低溫環境中時，其電阻會消失為零。科學家把這種現象叫做“超導”現象，而具有超導性質的物質稱為“超導體”或“超導材料”。目前已發現的超導體有汞、鉛、袒、铌、鋅等30多種純金屬和上萬種合金及化合物。它們在用“無電阻”的魔力創造出一個個驚人的奇跡。
利用零電阻的超導體製成的“超導發電機”，其發電效率可高達98％（一般發電機發出的電約有10％被自身消耗了）。
用超導體製成的“超導儲能器”，能把電力網多餘的電儲存起來，需用時再放出來，其充電和放電效率可高達95％左右，是其他儲能裝置無可比擬的。
以超導體製成的“冷子管”，靈敏度非常高，可用來測量遙遠星體射來的微弱的光、然而它消耗的電能卻少得出奇，100萬個冷子管僅耗電半瓦。
超導發電機
1973年，美國就試製成功世界第一台5000千瓦的超導發電機，其重量隻有普通發電機的1／10，而成本僅是後者的一半左右。到了80年代，美國已製成功率達30萬千瓦的超導發電機。普通發電機的發電能力超過100萬千瓦就很難提高了，而超導發電機在100萬千瓦的基礎上再擴大20倍也是完全可行的。
超導儲能器
超導儲能器主要由巨型超導電纜回路組成。在夜間用電低穀時期，可將過剩的電能儲入超導儲能器中；白天用電高峰時，再將電能饋入電網。美國已設計了500萬度的大規模超導儲能裝置，采用铌鈦超導合金回路，液氦冷卻。它的環形回路直徑達1500米，埋在地下。這種超導儲能器的能量損耗很少，因而其充電和放電效率達90％～95％。這是其他類型儲能裝置所達不到的。
超導儲能器是以電能和電磁能的直接轉換來儲能和放能的，因而其效率非常高。用超導磁體製作的超導線圈，能使電流在其閉合回路中無損耗地持續流動不息，儲存的能量可持久地保存下去；而一旦需要，又能隨時釋放出來，使用非常方便。
超導列車
超導磁懸浮列車利用設在路麵上的超導線圈與列車的超導線圈磁場間的排斥力，使列車在啟動前懸浮起，距離軌麵幾厘米，此後便一直騰空飛馳，完全消除了有輪列車車輪與軌道的摩擦阻力，從而使列車的速度大幅度提高。
目前，世界上最快的普通火車的時速僅200多千米，由於車輪與導軌之間的摩擦阻力的影響，速度很難再提高了。而超導列車的時速可達550千米，趕上了普通飛機的速度。它的載重量卻是客機無法相比的。如果進一步減小超導列車行駛時所受的阻力，甚至可在沒有空氣阻力的真空隧道裏運行，其時速可提高到驚人的1600千米，完全可與現代噴氣式客機媲美。
超導高速計算機
隨著電子計算機向高速化發展，要求電子元件和電路密集排列，但密集排列的電路工作時會發出大量的熱，影響計算機的正常工作和使用壽命，這是計算機硬件發展中的一個難題。使人們轉憂為喜的是，現在的元件之間的連接電路可以用無電阻、不發熱的超導電路取代，從而使所麵臨的難題迎刃而解。
另一方麵，利用超導材料製成的超導器件，可作為電子計算機的邏輯電路或存儲器，具有運算速度特別快的特點。
超導器件的另一個特點是，隻有電流超過某一臨界值時，超導器件才會產生電壓降；而在臨界電流內，超導器件就是零電阻，無電壓。利用這種無電壓狀態和有電壓狀態的高速變化，可分別對應於二進製數中的“0”和“1”的邏輯動作，從而可用作電子計算機中理想的超高速開關器件，並由這種超導開關器件和超導存儲器等進而組成新型高速計算機，即超導高速計算機。它的運算速度比普通計算機高幾十倍。
超導電磁推進船
超導電磁推進船的船體內部裝設有超導磁體，在船體外部的海水中形成磁力線。與此同時，由船上的電極向海水通電。這樣，海水中的電流與磁力線相交產生排斥力，而將海水壓向船體後方，從而產生推進力，將船推動前進。
與普通船相比，電磁推進船的行駛速度快，效率高。由於它沒有電動機和螺旋槳之類的轉動部分，不僅噪音和振動都很微小，而且不需要采取海水密封裝置等。這對於大噸位運輸船、深水航行船，特別是海軍艦艇來說尤為重要，有著廣闊的實用前景。
超導核磁共振儀
超導核磁共振儀是一種新型的醫療診斷器械。用核磁共振儀檢查時，將人體放進一個長圓筒形的超導磁場裏。在磁場的作用下，人體各部位組織的氫原子核（因為人體內有75％的成分是水，而其餘的蛋白質和脂肪也都含有氫原子）就會發生共振信號。不同的組織器官及其病變的磁共振信號是不同的，通過計算機再成像，就可獲得人體任意斷麵的清晰圖像。
超導核磁共振儀用於診斷的優點是：它不需要進行組織切片，即可確定是否有病變組織，因而可用於早期診斷腫瘤、腦髓及心血管疾患，並可用於測量血流和監控醫療過程，還能用來了解人體的新陳代謝狀況。
二、新金屬材料