由于導(dǎo)體的電阻，在遠距離輸電等方面造成較大的電能浪費；如能生產(chǎn)一種超導(dǎo)體材料，沒有電阻，電流流經(jīng)它時將不受任何阻力，沒有熱損耗，于是就能以小的功率得到大的電流，從而產(chǎn)生幾個甚至幾十個特斯拉的超強磁場，將具有很高的應(yīng)用價值。今天，這一切以成為現(xiàn)實。

　　一、超導(dǎo)體的基本特性

　　1．零電阻效應(yīng)

　　超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是與低溫技術(shù)的發(fā)展分不開的。1906年荷蘭著名低溫物理學(xué)家昂納斯（H．K．Onnes，1853—1926）首次制備出液態(tài)氮，獲得4開的低溫（相當于-269℃），隨后又獲得了1．04開的低溫。這是繼1898年制備出液態(tài)氫獲得14開低溫之后的巨大進展。隨著低溫技術(shù)的進展，科學(xué)家已注意到純金屬的電阻隨溫度的降低而減小的現(xiàn)象。昂納斯首先研究低溫下水銀電阻的變化。1911年發(fā)現(xiàn)了水銀的超導(dǎo)現(xiàn)象。在4．2開附近水銀電阻突然變小。圖1是水銀的電阻隨溫度的變化情況，縱坐標是該溫度下水銀電阻與0℃時電阻的比值：R（T）／R（0℃）。較精確的測量給出水銀的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度（臨界溫度）Tc＝4．153 開。繼續(xù)降溫到3開時，電阻降到僅為0℃時電阻值的10^-7Ω，電阻值實際已可看作零了。

圖1 水銀的零電阻效應(yīng)

　　1912—1913年間昂納斯又發(fā)現(xiàn)錫（Sn）在3．8開低溫時，也有零電阻現(xiàn)象。隨后科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了其他許多金屬或合金在低溫下都有零電阻效應(yīng)。昂納斯首先將這種特殊的電學(xué)性質(zhì)稱為超導(dǎo)。昂納斯由于液氦的制備和超導(dǎo)現(xiàn)象的研究獲 l913 年諾貝爾物理學(xué)獎。

　　2．完全抗磁性

　　1933年，德國物理學(xué)家邁斯納（W．Meissner）通過實驗發(fā)現(xiàn)：當置于磁場中的導(dǎo)體通過冷卻過渡到超導(dǎo)態(tài)時，原來進入此導(dǎo)體中的磁感線會一下子被完全排斥到超導(dǎo)體之外（見圖2），超導(dǎo)體內(nèi)磁感應(yīng)強度變?yōu)榱?，這表明超導(dǎo)體是完全抗磁體。這個現(xiàn)象稱為邁斯納效應(yīng)。

　　3．存在臨界磁場

　　實驗表明，超導(dǎo)態(tài)可以被外磁場所破壞，在低于Tc的任一溫度T下，當外加磁場的磁感應(yīng)強度B小于某一臨界值Bc時。超導(dǎo)態(tài)可以保持；當B大于Bc 時，超導(dǎo)態(tài)會被突然破壞而轉(zhuǎn)變成正常態(tài)。臨界磁場Bc不僅與超導(dǎo)體本身性質(zhì)有關(guān)，還與溫度T有關(guān)。

　　4．同位素效應(yīng)

　　超導(dǎo)體的臨界溫Tc與其同位素質(zhì)量M有關(guān)。M越大，Tc越低，這稱為同位素效應(yīng)。例如，原子量為199．55的汞同位素，它的Tc 是4．18開，而原子量為203．4的汞同位素，Tc 為4．146開。

　　二、常規(guī)超導(dǎo)與高溫超導(dǎo)

　　常規(guī)超導(dǎo)材料按其化學(xué)組成可分為三種：元素超導(dǎo)體、合金超導(dǎo)體和化合物超導(dǎo)體。大部分金屬元素都具有超導(dǎo)電性，但是在室溫下，導(dǎo)電性能非常好的一些金屬元素（如金、銀、銅等）卻在很低的溫度下都不是超導(dǎo)體。實用超導(dǎo)材料主要是合金型和化合物型兩大類，這是由于它們具有易制備、成本低、塑性好等優(yōu)點。

　　合金型目前主要是鈮鈦合金 （NbTi，Tc＝9．5開），比較成熟，已達到了商品化。另外，用得較多的一些化合物超導(dǎo)材料主要有鈮三錫（Nb 3 Sn，T c＝18．3開）、釩三鎵（V₃Ga，Tc＝16．5開）和釩三硅（V₃Si，Tc＝17．1開）等。由此可見臨界溫度也是非常低，制約了超導(dǎo)材料的發(fā)展。直到1987年2月24日中國科學(xué)院宣布，趙忠賢領(lǐng)導(dǎo)的科研組已將釔鋇銅氧（YBaC）材料的T c提高到了92．8 開以上，從而實現(xiàn)了超導(dǎo)在高溫區(qū)的突破，大大擴展了超導(dǎo)的應(yīng)用前景。

　　三、超導(dǎo)應(yīng)用簡介

　　高溫超導(dǎo)研究所以會引起世界各國科學(xué)家的關(guān)注，就是因其有巨大的科學(xué)和經(jīng)濟價值。

　　在交通運輸方面，利用超導(dǎo)體的無電阻和抗磁性的特點，已研制出時速超過 550 千米的磁懸浮列車。

　　在節(jié)能方面可制造功率極大、體積小、效率高的超導(dǎo)發(fā)電機，這種電機載流能力比常規(guī)電機高1—2個數(shù)量級。利用超導(dǎo)電纜可實現(xiàn)無損耗長距離輸電，而目前30％的電能在輸送電路上損耗掉。1998 年我國第一根鉍系高溫超導(dǎo)輸電電纜研制成功，運載電流達到1200安培，使我國成為世界上少數(shù)幾個掌握這一技術(shù)的國家。

　　超導(dǎo)核磁共振成像儀已在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用，用常規(guī)電磁鐵一般能產(chǎn)生的最高磁場強度約2特斯拉，而用超導(dǎo)磁體可產(chǎn)生幾十特斯拉的強磁場，而功耗降低到1／100。

　　超導(dǎo)磁體在磁約束的受控?zé)岷司圩兎磻?yīng)堆中也是必不可少的，只有利用超導(dǎo)磁體才有可能在幾十立方米的空間中產(chǎn)生十幾特斯拉的磁場作為等離子體的加熱和約束之用。

　　目前超導(dǎo)應(yīng)用上的主要困難已不是提高T c ，而是要提高材料能承受的電流強度 （ 不致破壞超導(dǎo)態(tài) ）和增強材料的展延性，以拉伸成材。超導(dǎo)應(yīng)用前景十分廣闊，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，這一高科技領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化必將得到迅速發(fā)展。