专利名称：一种以纳米结构建立室温超导体的方法
技术领域：
本发明涉及一种以纳米结构建立室温超导体的方法。
无论是在高温区还是在低温区(液氦温区除外)，金属导体产生电阻的原因都是一致的在物质内部，热噪音的存在会使晶格点阵发生振动，点阵的振动则令自由电子随之振动。当电子传导电流时，就会形成振动的电子流。电子流的振动势必造成电子之间的无序碰撞(并非电子与所谓的“声子”碰撞)，从而产生电阻阻碍电子的定向流动。具体过程是，温度↑↓→热噪音↑↓→热碰撞↑↓→电阻↑↓。
根据上述，可以认为，(室温)超导体问题实质是(室温)热碰撞问题。换言之，建立(室温)超导体的过程其实是解除(室温)热碰撞实现零电阻的过程。
如何解除(室温)热碰撞使之为零？这是一个至关重要的问题。该问题的解决，不仅能够揭示液氦温区至液氮温区乃至室温区所有高低临界温度超导体的内在规律，而且能够解释一切超导物质的超导电性，并且能够导致交流超导体的诞生。然而，迄今为止，超导物理界还没有一种理论(其中包括BCS理论)和技术方案(尽管获得了164K的“高”温超导体)就所提问题能够作出明确的回答。
本发明的任务是，提出一种以纳米结构解除热碰撞、建立室温超导体的方法。
如果将金属导体分割成为无数根非接触的直径只有一个原子大小的纳米细线(美国IBM公司的研究人员已能制成仅由二个原子构成的坠道二极管)，情况会怎么样？虽然不能排除电子随纳米细线一起同步振动(前述热噪音所致)，但由于每根纳米细线彼此相隔，因而导线间的电子热碰撞(横向)为零。单一纳米细线上的热碰撞(直向)对于电流传导而言，正碰撞与负碰撞的机会均等(否则将意味着出现非温差电流)，故同线上的合碰撞为零。于是，由众纳米细线合成的“金属导体”便呈现零电阻。本发明就是缘于此纳米结构。
在本发明中，纳米细线间的距离决定超导体的临界温度。
设室温超导体的纳米线距为S室，临界温度为T室＝300K，则有①当S＞S室时，T＞T室，建立超导体的临界温度高于300K；②当S＜S室时，T＜T室，建立超导体的临界温度小于300K；③当S＜＜S室时，T＜＜T室，建立超导体的临界温度远离300K。
一些在非室温区具有超导电性的氧化物(例如钇钡铜氧化物)和陶瓷及碳足球等特殊材料，它们所含有的复杂晶体结构也许正是本发明阐述的纳米结构。可是，由于纳米结构的S值达不到室温要求的S室值，因此，它们(在室温下)只能呈准超导态。这些材料置于不同的非室温区之所以呈超导态，是因为所处温区给予的准超导态与纳米结构给予的准超导态配合之故，或者说是符合上述第②、③点要求所致。
显然，物质不同，S值就不同，超导态表现的临界温度自然也不同。127.5K铊钡钙铜氧化物和164K汞钡钙铜氧化物可能恰是“铊”、“汞”不同致使S有别从而造就临界温度之差。
至此，氧化物、陶瓷、碳足球等“高”温超导体为什么一定含有金属原子不言而喻。
纳米线距S在决定临界温度的同时，还决定着临界磁场场强H。S与H的关系是1、当S＝0时，H呈现第I类超导体的临界磁场场强；2、当S＞0时，H呈现第II类超导体的临界磁场场强；3、当S＞＞0时，H进入“第III类”超导体的临界磁场场强。
众所周知，第I类金属单质超导体(液氦环境)不允许通过交流电，否则丧失超导电性。丧失超导电性的理由是a、电流变化促使磁场变化从而引起电子流“倾向”性碰撞进而破坏零电阻。b、通电导体之周围不仅产生交变磁场，其内部也同样存在交变磁场ΔB。ΔB对电子流会产生力的作用致使电子流发生新碰撞以致形成新的电阻破坏超导电性。
采用纳米结构后(S值须合理)，即使电子流受到ΔB的影响，也仅仅是加剧纳米细线和电子的振动而已，决不会出现异线(电子)碰撞的不良后果。不过，ΔB的大小可以左右振动的幅度。
第II类超导体(钇钡铜氧化物等“高”临界温度超导体)的上临界磁场通常比下临界磁场高出一个数量级，而且大部分的临界磁场均比第I类超导体高，其中与纳米结构无不关系。当然，S值必须大于零。
显而易见，以纳米结构为前提的S＞＞0的结果是，诞生交流超导体。
含纳米细线的零电阻“金属导体”，并不是单纯的金属材料，而是金属(细线)材料与高强度绝缘材料相结合的“半金”导体。高强度绝缘材料的作用首先是阻隔众纳米细线；其次是防止纳米细线出现振动式机械折断；再次是防氧化防腐蚀；最后是成形。目前发现的氧化物、陶瓷等“高”临界温度超导体全部为“半金”型的相信不是一种巧合。
“半金”超导体的内部假如只设置一根纳米细线，那就成了“全天候”超导体--既无高低温的局限又无交直流的概念。但是，这种单芯“半金”超导体所能通过的电流是极为有限的(因传导电子有限)，一般适合微电子电路(譬如电脑硬件)使用。大电流“半金”超导体的纳米芯数应为数量级。
综上所述，本发明的技术特征是包括有直径为一个原子的金属纳米细线和用于隔离与成形的高强度绝缘体，纳米细线置于绝缘体之中，两者以纳米技术同时合成。
置于绝缘体中的纳米细线最好为数量级根数，线距以分子单位为宜。
绝缘体采用氧化物、陶瓷、新型工程塑料等高强度材料。
本发明的优点和积极效果是1、不需要复杂的低温设备和高昂的低温维持费；2、高低温与交直流通用；3、提供指导性措施，结束“炒菜式”探索。
下面是本发明的一个实施例。本实施例结合室温超导线圈来说明。
超导线圈的“半金”超导线之截面积为10mm2，采取陶瓷作为绝缘和成形材料，内置的纳米细线为金属铌，线距为一个分子单位，以3000根的总数蜂窝状地分布于绝缘体之中。
陶瓷铌室温超导体属于硬质导线，其制作过程须与线圈的绕制过程一块进行。
陶瓷铌导线的制造程序从截面开始，每层为一个制作单元，以3000个原子铌和相应的陶瓷分子完成一个平面的10mm2，然后依此类推层层“叠加”即构成所需长度。
本发明除公知的用途外，还具有可制造交流超导电机、通信电缆和建立交流输电系统等新用途。
权利要求
1.一种以纳米结构建立室温超导体的方法，其技术特征是包括有直径为一个原子的金属纳米细线和用于隔离与成形的高强度绝缘体，纳米细线置于绝缘体之中，两者以纳米技术同时合成。
2.根据权利要求1所述的一种以纳米结构建立室温超导体的方法，其技术特征是置于绝缘体中的纳米细线为数量级根数。
3.根据权利要求1所述的一种以纳米结构建立室温超导体的方法，其技术特征是绝缘体为氧化物、陶瓷、新型工程塑料等高强度材料。
全文摘要
一种以纳米结构建立室温超导体的方法,提出了一种与众不同的以纳米结构解除热碰撞实现室温零电阻的技术方案。技术特征主要包括有直径为一个原子的金属纳米细线和用于隔离与成形的高强度绝缘体,纳米细线置于绝缘体之中,两者以纳米技术同时合成。除公知的用途外,本发明还具有可制作交流电机和通信电缆等新用途。
文档编号H01B12/02GK1201988SQ9810904
公开日1998年12月16日 申请日期1998年5月31日 优先权日1998年5月31日
发明者李扬远 申请人:李扬远