[实用新型]电场式常温金属超导体

说明书

该实用新型技术属于超导体。

早在1911年荷兰的卡林·昂内斯教授就已发现了超导现象。1957年美国的巴丁、库珀和施里弗三人提出一种BCS理论来解释超导现象，他们三人因此而获诺贝尔奖。1973年，英国的约瑟夫逊发现了超导隧道效应而获诺贝尔奖。但时至今日，因超导现象摆脱不了低温条件这个沉重枷锁，加之所用材料的易碎性，因而它的应用大受限制。《科学大观园》1995年12期的题为“世纪之交的十大科学”文章如是说：“现存的金属超导体只能在稀有的液态氦制造的绝对零度(-273℃)下运行。而科学家们新研制的陶瓷材料超导体，可以在普通氮制造的-180℃下运行。如果能解决瓷的易碎性质，超导体实用的梦想就可以实现，包括高效能源小型电引擎、电磁能火车和能让医生检测体内的手持扫描机。”从有关材料看，美国和日本等似乎已在小范围内开始实用。

搞电场式常温金属超导体的目的就是要避开低温这个难度颇大的制约条件，摈弃应用易碎材料这条思路，另辟蹊径，使用可在常温条件下照样运行的金属作为超导体，易于制造，操作简便，又成本低廉，加之它无电损、荷载大、磁力强的优越性，从而使得超导体能在所有应该应用的地方都能应用起来，以促进经济和社会的发展。

电场式常温金属超导体的内容是：利用电场对处于其中的金属导体上跟原子核联系很弱的既做无规则热运动又做定向移动的自由电子和做无规则热振动的正离子有力的作用性质，一方面使导体内部的自由电子也跑到导体表面，并且使自由电子像气垫导轨上的气垫托起滑块一样被电场力正好托起来，另一方面电场力对正离子沿电场方向的热振动又起抑制作用，使其在热振动最易取得平衡的方向即与电场方向垂直的方向上做热振动，从而避免了与导体表面自由电子的碰撞，那么自由电子就会像被气垫托起的滑块与导轨不再相互摩擦一样也不再与导体里外的金属正离子相互碰撞而畅通无阻地定向流动，从而消除了产生电阻的根源，而这实际上就是出现了超导现象，导体也就成了常温金属超导体。

电场式常温金属超导体的主要技术特征，是将导电体夹在电场的两个电极之间，并且用绝缘材料将导电体与电极、电极与外界绝缘；按形状和构造，可分为园管型、薄膜型和复合型三种形式：

1．园管型

(见图1)我们给作电场负极的普通金属裸导体外均匀地裹一层尽可能薄的绝缘性能好耐压程度高的绝缘材料，再在绝缘材料外紧挨着套上薄金属管作导电体，在导电体外同样裹上一层绝缘材料，在绝缘材料外也紧挨着套上一薄金属管作为电场的正极，最后在电场正极外也加上绝缘材料。

(见图2)当我们将电压适度的直流电源接在电场正、负极上时，就会在正、负极间产生一个电力线沿径线由电场正极指向电场负极的正向电场。

(见图3)再给导电体两端加上电压，导电体内也就建立了电场，导电体上就有了定向移动的自由电子；由于导体上的自由电子处在正向电场之中，它就必然受到电场力的作用，其方向是沿径线向外或与电力线的方向相反。如果电场力大小适度，那么自由电子就会在正向电场的电场力作用下获得能量，从导体的会发生频繁碰撞的内部跑到碰撞概率大大减小的外表面，到达自由电子受到的电极产生的电场力等于金属正离子对它的吸引力的距离，从而使自由电子虽然不能从金属导体表面逃逸出来，但却会被托起来；另一方面，导电体上的正离子在平衡位置做无规则热振动的沿径线方向的热振动因正离子受到电场力的作用而受到抑制，转向于跟电场力方向垂直的平衡振动方向上振动，于是导电体上的自由电子与导电体上的正离子不再发生会形成电阻的碰撞，导电体上的电子就做起无阻挡的正向移动，出现常温电阻为零的超导现象，这时导电体也就成了常温金属超导体。此时，电流的速度自然达到光速或趋近于光速。

2．薄膜型

(见图4)我们给充作导电体的金属薄膜的两面都均匀地涂上绝缘材料，再在两面的绝缘材料外贴上比导电体面积略大的金属薄膜电极，最后在电极片外涂上绝缘材料即可。

当我们将电极任意接入电压适度的直流电源后，便在相对的电极间产生了电场，处于导电状态的金属薄膜上的自由电子受电场力的作用自然被推向金属薄膜的某一表面且被托起，而且使金属正离子沿电场方向的无规则热振动受到抑制，因而自由电子在不与正离子发生碰撞的情况下定向流动，那么其电阻自然为零，于是出现了超导现象，金属薄膜导电体就成了超导体。也可用普通金属导线替代金属薄膜导电体，但效果没有金属薄膜好。

3．复合型

电场式常温金属超导体的结构还可以是复合型的，即把两个或两个以上的导电体分别夹入两个或两个以上的但又是同体的电场之中，如图5、6所示。