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  鐘周芳 2008-12-12 00:00:00

  納米材料 納米是英文namometer的譯音，是一個物理學上的度量單位，1納米是1米的十億分之一；相當于45個原子排列起來的長度。通俗一點說，相當于萬分之一頭發(fā)絲粗細。就象毫米、微米一樣，納米材料是指由尺寸小于100nm(0.1-100nm)的超精細顆粒構成的材料的總稱。由于納米尺寸的物質具有突出的表面效應、小尺寸效應和量子限域效應，納米是一個尺度概念，并沒有物理內(nèi)涵。當物質到納米尺度以后，大約是在1—100納米這個范圍空間，物質的性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能，因而納米材料具有異于普通材料的光、電、磁、熱、力學、機械等性能。這種既具不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質的特殊性能構成的材料，即為納米材料。如果僅僅是尺度達到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個中間領域，而這個領域實際上大量存在于自然界，只是以前沒有認識到這個尺度范圍的性能。diyi個真正認識到它的性能并引用納米概念的是日本科學家，他們在20世紀70年代用蒸發(fā)法制備超微離子，并通過研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個導電、導熱的銅、銀導體做成納米尺度以后，它就失去原來的性質，表現(xiàn)出既不導電、也不導熱。磁性材料也是如此，象鐵鈷合金，把它做成大約20—30納米大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料。 納米材料和納米結構是當今新材料研究領域中Z富有活力、對未來經(jīng)濟和社會發(fā)展有著十分重要影響的研究對象，也是納米科技中Z為活躍、Z接近應用的重要組成部分。近年來，納米材料和納米結構取得了引人注目的成就。例如，存儲密度達到每平方厘米400g的磁性納米棒陣列的量子磁盤，成本低廉、發(fā)光頻段可調(diào)的GX納米陣列激光器，價格低廉高能量轉化的納米結構太陽能電池和熱電轉化元件，用作軌道炮道軌的耐燒蝕高強高韌納米復合材料等的問世，充分顯示了它在國民經(jīng)濟新型支柱產(chǎn)業(yè)和高技術領域應用的巨大潛力。正像美國科學家估計的“這種人們?nèi)庋劭床灰姷臉O微小的物質很可能給予各個領域帶來一場革命”。納米材料和納米結構的應用將對如何調(diào)整國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的布局、設計新產(chǎn)品、形成新的產(chǎn)業(yè)及改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)注入高科技含量提供新的機遇。 研究納米材料和納米結構的重要科學意義在于它開辟了人們認識自然的新層次，是知識創(chuàng)新的源泉。由于納米結構單元的尺度（1～100urn）與物質中的許多特征長度，如電子的德布洛意波長、超導相干長度、隧穿勢壘厚度、鐵磁性臨界尺寸相當，從而導致納米材料和納米結構的物理、化學特性既不同于微觀的原子、分子，也不同于宏觀物體，從而把人們探索自然、創(chuàng)造知識的能力延伸到介于宏觀和微觀物體之間的中間領域。在納米領域發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，認識新規(guī)律，提出新概念，建立新理論，為構筑納米材料科學體系新框架奠定基礎，也將極大豐富納米物理和納米化學等新領域的研究內(nèi)涵。世紀之交高韌性納米陶瓷、chao強納米金屬等仍然是納米材料領域重要的研究課題；納米結構設計，異質、異相和不同性質的納米基元（零維納米微粒、一維納米管、納米棒和納米絲）的組合。納米尺度基元的表面修飾改性等形成了當今納米材料研究新熱點，人們可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法設計納米結構原理性器件以及納米復合傳統(tǒng)材料改性正孕育著新的突破。 1研究形狀和趨勢 納米材料制備和應用研究中所產(chǎn)生的納米技術很可能成為下一世紀前20年的主導技術，帶動納米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。世紀之交世界先進國家都從未來發(fā)展戰(zhàn)略高度重新布局納米材料研究，在千年交替的關鍵時刻，迎接新的挑戰(zhàn)，抓緊納米材料和柏米結構的立項，迅速組織科技人員圍繞國家制定的目標進行研究是十分重要的。 納米材料誕生州多年來所取得的成就及對各個領域的影響和滲透一直引人注目。進入90年代，納米材料研究的內(nèi)涵不斷擴大，領域逐漸拓寬。一個突出的特點是基礎研究和應用研究的銜接十分緊密，實驗室成果的轉化速度之快出乎人們預料，基礎研究和應用研究都取得了重要的進展。美國已成功地制備了晶粒為50urn的納米cu材料，硬度比粗晶cu提高5倍；晶粒為7urn的pd，屈服應力比粗晶pd高5倍；具有高強度的金屬間化合物的增塑問題一直引起人們的關注，晶粒的納米化為解決這一問題帶來了希望， 根據(jù)納米材料發(fā)展趨勢以及它在對世紀高技術發(fā)展所占有的重要地位，世界發(fā)達國家的政府都在部署本來10～15年有關納米科技研究規(guī)劃。美國國家基金委員會（nsf）1998年把納米功能材料的合成加工和應用作為重要基礎研究項目向全國科技界招標；美國darpa（國家先進技術研究部）的幾個計劃里也把納米科技作為重要研究對象；日本近年來制定了各種計劃用于納米科技的研究，例如 ogala計劃、erato計劃和量子功能器件的基本原理和器件利用的研究計劃，1997年，納米科技投資1.28億美元；德國科研技術部幫助聯(lián)邦政府制定了1995年到2010年15年發(fā)展納米科技的計劃；英國政府出巨資資助納米科技的研究；1997年西歐投資1.2億美元。據(jù)1999年7月8日《自然》Z新報道，納米材料應用潛力引起美國的注意；美國總統(tǒng)克林頓親自過問納米材料和納米技術的研究，決定加大投資，今后3年經(jīng)費資助從2.5億美元增 加至5億美元。這說明納米材料和納米結構的研究熱潮在下一世紀相當長的一段時間內(nèi)保持繼續(xù)發(fā)展的勢頭。 2國際動態(tài)和發(fā)展戰(zhàn)略 1999年7月8日《自然》（400卷）發(fā)布重要消息 題為“美國政府計劃加大投資支持納米技術的興 起”。在這篇文章里，報道了美國政府在3年內(nèi)對納米技術研究經(jīng)費投入加倍，從2.5億美元增加到5億美元?？肆诸D總統(tǒng)明年2月將向國會提交支持納米技術研究的議案請國會批準。為了加速美國納米材料和技術的研究，采取了臨時緊急措施，把原1.97億美元的資助強度提高到2.5億美元?！睹绹虡I(yè)周刊》8月19日報道，美國政府決定把納米技術研究列人21世紀前10年前11個關鍵領域之一，《美國商業(yè)周刊》在掌握21世紀可能取得重要突破的3個領域中就包括了納米技術領域（其它兩個為生命科學和生物技術，從外星球獲得能源）。美國之所以在20世紀即將結束的關鍵時刻突然對納米材料和技術如此重視，其原因有兩個方面：一是德科學技術部1996年對2010年納米技術的市場做了預測，估計能達到14400億美元，美國試圖在這樣一個誘人的市場中占有相當大的份額。美國基礎研究的負責人威廉姆斯說：納米技術本來的應用遠遠超過計算機工業(yè)。美國戰(zhàn)略規(guī)劃辦公室還認為納米材料是納米技術Z為重要的組成部分。在《自然》的報道中還特別提到美國已在納米結構組裝體系和高比表面納米顆粒制備與合成方面領導世界的潮流，在納米功能涂層設計改性及納米材料在生物技術中的應用與歐共體并列世界diyi，納米尺寸度的元器件和納米固體也要與日本分庭抗禮。 Z近美國柯達公司研究部成功地研究了一種即具有顏料又具有分子染料功能的新型納米粉體，預計將給彩色印橡帶來革命性的變革。納米粉體材料在橡膠、顏料、陶瓷制品的改性等方面很可能給傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品注入新的高科技含量，在未來市場上占有重要的份額。納米材料在醫(yī)YF面的應用研究也使人矚目，正是這些研究使美國認識到納米材料和技術將占有重要的戰(zhàn)略地位。原因之二是納米材料和技術領域是知識創(chuàng)新和技術創(chuàng)新的源泉，新的規(guī)律新原理的發(fā)現(xiàn)和新理論的建立給基礎科學提供了新的機遇，美國計劃在這個領域的基礎研究獨占“老大”的地位。 3國內(nèi)研究進展 我國納米材料研究始于80年代末，“八五”期間，“納米材料科學”列入國家攀登項目。國家自然科學基金委員會、ZG科學院、國家教委分別組織了8項重大、ZD項目，組織相關的科技人員分別在納米材料各個分支領域開展工作，國家自然科學基金委員會還資助了20多項課題，國家“863”新材料主題也對納米材料有關高科技創(chuàng)新的課題進行立項研究。 目前，我國有60多個研究小組，有600多人從事納米材料的基礎和應用研究，其中，承擔國家重大基礎研究項目的和納米材料研究工作開展比較早的單位有：ZG科學院上海硅酸鹽研究所、南京大學。ZG科學院固體物理研究所、金屬研究所、物理研究所、ZG科技大學、ZG科學院化學研究所、清華大學，還有吉林大學、東北大學、西安交通大學、中科院大連化學物理研究所、長春應用化學 研究所、長春物理研究所、感光化學研究所等也相繼開展了納米材料的基礎研究和應用研究。我國納米材料基礎研究在過去10年取得了令人矚目的重要研究成果。已采用了多種物理、化學方法制備金屬與合金（晶態(tài)、非晶態(tài)及納米微晶）氧化物、氮化物、碳化物等化合物納米粉體，建立了相應的設備，做到納米微粒的尺寸可控，并制成了納米薄膜和塊材。在納米材料的表征、團聚體的起因和消除、表面吸附和脫附、納米復合微粒和粉體的制取等各個方面都有所創(chuàng)新，取得了重大的進展，成功地研制出致密度高、形狀復雜、性能優(yōu)越的納米陶瓷；在世界上首次發(fā)現(xiàn)納米氧化鋁晶粒在拉伸疲勞中應力集中區(qū)出現(xiàn)超塑性形變；在顆粒膜的巨磁電阻效應、磁光效應和自旋波共振等方面做出了創(chuàng)新性的成果；在國際上首次發(fā)現(xiàn)納米類鈣鈦礦化合物微粒的磁嫡變超過金屬gd；設計和制備了納米復合氧化物新體系，它們的中紅外波段吸收率可達 92％，在紅外保暖纖維得到了應用；發(fā)展了非晶完全晶化制備納米合金的新方法；發(fā)現(xiàn)全致密納米合金中的反常hall－petch效應。 近年來，我國在功能納米材料研究上取得了舉世矚目的重大成果，引起了國際上的關注。一是大面積定向碳管陣列合成：利用化學氣相法GX制備純凈碳納米管技術，用這種技術合成的納米管，孔徑基本一致，約20urn，長度約100pm，納米管陣列面積達到3mm。其定向排列程度高，碳納米管之間間距為100pm。這種大面積定向納米碳管陣列，在平板顯示的場發(fā)射陰極等方面有著重要應用前景。這方面的文章發(fā)表在1996年的美國《科學》雜志上。二是超長納米碳管制備：首次大批量地制備出長度為2～3mm的超長定向碳納米管列陣。這種超長碳納米管比現(xiàn)有碳納米管的長度提高1～2個數(shù)量級。該項成果已發(fā)表于1998年8月出版的英國《自然》雜志上。 4 納米產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 （1）信息產(chǎn)業(yè)中的納米技術：信息產(chǎn)業(yè)不僅在國外，在我國也占有舉足輕重的地位。2000年，ZG的信息產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了gdp5800億人民幣。納米技術在信息產(chǎn)業(yè)中應用主要表現(xiàn)在3個方面：①網(wǎng)絡通訊、寬頻帶的網(wǎng)絡通訊、納米結構器件、芯片技術以及高清晰度數(shù)字顯示技術。因為不管通訊、集成還是顯示器件，都要原器件，美國已經(jīng)著手研制，現(xiàn)在有了單電子器件、隧穿電子器件、自旋電子器件，這種器件已經(jīng)在實驗室研制成功，而且可能在2001年進入市場。②光電子器件、分子電子器件、巨磁電子器件，這方面我國還很落后，但是這些原器件轉為商品進入市場也還要10年時間，所以，ZG要超前15年到20年對這些方面進行研究。③網(wǎng)絡通訊的關鍵納米器件，如網(wǎng)絡通訊中激光、過濾器、諧振器、微電容、微電極等方面，我國的研究水平不落后，在安徽省就有。④壓敏電阻、非線性電阻等，可添加氧化鋅納米材料改性。 （2）環(huán)境產(chǎn)業(yè)中的納米技術：納米技術對空氣中20納米以及水中的200納米污染物的降解是不可替代的技術。要凈化環(huán)境，必須用納米技術。我們現(xiàn)在已經(jīng)制備成功了一種對甲醛、氮氧化物、一氧化碳能夠降解的設備，可使空氣中的大于10ppm的有害氣體降低到0.1ppm，該設備已進入實用化生產(chǎn)階段；利用多孔小球組合光催化納米材料，已成功用于污水中有機物的降解，對苯酚等其它傳統(tǒng)技術難以降解的有機污染物，有很好的降解效果。近年來，不少公司致力于把光催化等納米技術移植到水處理產(chǎn)業(yè)，用于提高水的質量，已初見成效；采用稀土氧化鈰和貴金屬納米組合技術對汽車尾氣處理器件的改造效果也很明顯；治理淡水湖內(nèi)藻類引起的污染，Z近已在實驗室初步研究成功。 (3)能源環(huán)保中的納米技術：合理利用傳統(tǒng)能源和開發(fā)新能源是我國當前和今后的一項重要任務。在合理利用傳統(tǒng)能源方面，現(xiàn)在主要是凈化劑、助燃劑，它們能使煤充分燃燒，燃燒當中自循環(huán)，使硫減少排放，不再需要輔助裝置。另外，利用納米改進汽油、柴油的添加劑已經(jīng)有了，實際上它是一種液態(tài)小分子可燃燒的團簇物質，有助燃、凈化作用。在開發(fā)新能源方面國外進展較快，就是把非可燃氣體變成可燃氣體?，F(xiàn)在國際上主要研發(fā)能量轉化材料，我國也在做，它包括將太陽能轉化成電能、熱能轉化為電能、化學能轉化為電能等。 (4)納米生物醫(yī)藥：這是我國進入wto以后一個Z有潛力的領域。目前，國際醫(yī)藥行業(yè)面臨新的決策，那就是用納米尺度發(fā)展制藥業(yè)。納米生物醫(yī)藥就是從動植物中提取必要的物質，然后在納米尺度組合，Z大限度發(fā)揮藥效，這恰恰是我國中醫(yī)的想法。在提取精華后，用一種很少的骨架，比如人體可吸收的糖、淀粉，使其GX緩釋和靶向藥物。對傳統(tǒng)藥物的改進，采用納米技術可以提高一個檔次。 (5)納米新材料：雖然納米新材料不是Z終產(chǎn)品，但是很重要。據(jù)美國測算，到21世紀30年代，汽車上40％鋼鐵和金屬材料要被輕質高強材料所代替，這樣可以節(jié)省汽油40％，減少co2，排放40％，就這一項，每年就可給美國創(chuàng)造社會效益1000億美元。此外，還有各種功能材料，玻璃透明度好但份量重，用納米改進它，使它變輕，使這種材料不僅有力學性能，而且還具有其他功能，還有光的變色、貯光，反射各種紫外線、紅外線，光的吸收、貯藏等功能。 (6)納米技術對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造：對于ZG來說，當前是納米技術切入傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、將納米技術和各個領域技術相結合的Z好機遇。首先是家電、輕工、電子行業(yè)。合肥美菱集團從1996開始研制納米冰箱，可折疊的pvc磁性冰箱門封不發(fā)霉，用的是KJ涂料，里面的果盤都采用納米材料，發(fā)展輕工、電子和家用電器可以帶動涂料、材料、電子原器件等行業(yè)發(fā)展；其次是紡織。人造纖維是化纖和紡織行業(yè)發(fā)展的趨勢，ZG紡織要在進入wto后能占據(jù)有利地位，現(xiàn)在就必須全方位應用納米技術、納米材料。去年關于保溫被、保溫衣的電視宣傳，提到應用了納米技術，特殊功能的有防靜電的、阻燃的等等，把納米的導電材料組裝到里面，可以在11萬伏的高壓下，把人體屏蔽，在這一方面，紡織行業(yè)應用納米技術形勢看好；第三是電力工業(yè)。利用納米技術改造20萬伏和11萬伏的變壓輸電瓷瓶，可以全方位提高11萬伏的瓷瓶耐電沖擊的性能，而且釉不結霜，其它綜合性能都很好；第四是建材工業(yè)中的油漆和涂料，包括各種陶瓷的釉料、油墨，納米技術的介入，可以使產(chǎn)品性能升級。 1999年8月20日《美國商業(yè)周刊》在展望21世紀可能有突破性進展的領域時，對生命科學和生物技術、納米科學和納米技術及從外星球上索取能源進行了預測和評價，并指出這是人類跨入21世紀面臨的新的挑戰(zhàn)和機遇。諾貝爾獎獲得者羅雷爾也曾說過：70年代重視微米的國家如今都成為發(fā)達國家，現(xiàn)在重視納米技術的國家很可能成為下一世紀先進的國家。挑戰(zhàn)嚴峻，機遇難得，我們必須加倍重視納米科技的研究，注意納米技術與其它領域的交叉，加速知識創(chuàng)新和技術創(chuàng)新，為21世紀ZG經(jīng)濟的騰飛奠定雄厚的基礎。 編者按：激動人心的納米時代已經(jīng)到來，人們的生活即刻將發(fā)生巨大的變化，然而，我們也要清醒地看到，市場上真正成熟的納米材料并不是很多。中科院院士白春禮院士認為，“真正意義的納米時代還沒有到來，我們正在充滿信心地迎接納米時代的到來?！? 納米材料的用途很廣，主要用途有： 醫(yī)藥 使用納米技術能使藥品生產(chǎn)過程越來越精細，并在納米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品。納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進入人體后可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織。使用納米技術的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質和DNA診斷出各種疾病。 家電 用納米材料制成的納米材料多功能塑料，具有KJ、除味、防腐、抗老化、抗紫外線等作用，可用處作電冰霜、空調(diào)外殼里的KJ除味塑料。 環(huán)境保護 環(huán)境科學領域將出現(xiàn)功能獨特的納米膜。這種膜能夠探測到由化學和生物制劑造成的污染，并能夠對這些制劑進行過濾，從而消除污染。 紡織工業(yè) 在合成纖維樹脂中添加納米SiO2、納米ZnO、納米SiO2復配粉體材料，經(jīng)抽絲、織布，可制成殺菌、防霉、除臭和抗紫外線輻射的內(nèi)衣和服裝，可用于制造KJ內(nèi)衣、用品，可制得滿足國防工業(yè)要求的抗紫外線輻射的功能纖維。 機械工業(yè) 采用納米材料技術對機械關鍵零部件進行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高機械設備的耐磨性、硬度和使用壽命。 為推進我國功能納米材料的產(chǎn)業(yè)化進程，ZG商品交易ZX和ZG科學院化學研究所共同組建了北京中商世紀納米技術有限公司，該公司將以ZG科學院化學研究所功能納米界面材料研究組為技術依托，致力于功能納米界面材料技術與開發(fā)與推廣。 超導技術 超導技術的主體是超導材料。簡而言之，超導材料就是沒有電阻、或電阻極小的導電材料。超導材料Z獨特的性能是電能在輸送過程中幾乎不會損失：近年來，隨看材料科學的發(fā)展，超導材料的性能不斷優(yōu)化，實現(xiàn)超導的臨界溫度越來越高。20世紀末，科學家合成了在室溫下具有超導性能的復合材料，室溫超導材料的研制成功使超導的實際應用成為可能。 超導是指某些物體當溫度下降至一定溫度時，電阻突然趨近于零的現(xiàn)象。具有這種特性的材料稱為超導材料。 超導體由正常態(tài)轉變?yōu)槌瑢B(tài)的溫度稱為這種物質的轉變溫度(或臨界溫度) 因為這個溫度很低，在零度附近.因而目前為止，應用不是很廣泛.但是科學家在研究高溫超導，如果研究成功，用這種材料導電時不損耗電能，不產(chǎn)生熱量.可以節(jié)約能源! 1911年荷蘭物理學家Onnes發(fā)現(xiàn)汞（水銀）在4.2k附近電阻突然下降為零，他把這種零電阻現(xiàn)象稱為超導電性。圖5-13示出了汞的電阻隨溫度變化的關系。 汞的電阻突然消失時的溫度稱為轉變溫度或臨界溫度，常用Tc表示。 在一定溫度下具有超導電性的物體稱為超導體。金屬汞是超導體。進一步研究發(fā)現(xiàn)元素周期表中共有26種金屬具有超導電性，它們的轉變溫度Tc列于表5-6。從表中可以看到，單個金屬的超導轉變溫度都很低，沒有應用價值。因此，人們逐漸轉向研究金屬合金的超導電性。表5-7列出一些超導合金的轉變溫度，其中Nb3Ge的轉變溫度為23.2K，這在70年代算是Z高轉變溫度超導體了。當超導體顯示導材料都是在極低溫下才能進入超導態(tài)，假如沒有低溫技術發(fā)展作為后盾，就發(fā)現(xiàn)不了超導電性，無法設想超導材料。這里又一次看到材料發(fā)展與科學技術互相促進的關系。 低溫超導材料要用液氦做致冷劑才能呈現(xiàn)超導態(tài)，因此在應用上受到很大的限制。人們迫切希望找到高溫超導體，在徘徊了幾十年后，終于在1986年有了突破。瑞士Bednorz和Müller發(fā)現(xiàn)他們研制的La-Ba-CuO混合金屬氧化物具有超導電性，轉變溫度為35K。這是超導材料研究上的一次重大突破，打開了混合金屬氧化物超導體的研究方向。接著中、美科學家發(fā)現(xiàn)Y-Ba-CuO混合金屬氧化物在90K具有超導電性，這類超導氧化物的轉變溫度已高于液氮溫度（77K），高溫超導材料研究獲得重大進展。一連串激動人心的發(fā)現(xiàn)在世界上掀起了“超導熱”。目前新的超導氧化物系列不斷涌現(xiàn)，如Bi-Ca-CuO，Tl-Ba-Ca-CuO等，它們的超導轉變溫度超過了120K。高溫超導體的研究方興未艾，人們殷切地期待著室溫超導材料的出現(xiàn)。 人們發(fā)現(xiàn)C60與堿金屬作用能形成AxC60(A代表鉀、銣、銫等)，它們都是超導體，超導轉變溫度列于表5-8。從表中數(shù)據(jù)看到，大多數(shù)AxC60超導體的轉變溫度比金屬合金超導體高。金屬氧化物超導體是無機超導體，它們都是層狀結構，屬二維超導。而AxC60則是有機超導體，它們是球狀結構，屬三維超導。因此AxC60這類超導體是很有發(fā)展前途的超導材料。 超導研究引起各國的重視，一旦室溫超導體達到實用化、工業(yè)化，將對現(xiàn)代文明社會中的科學技術產(chǎn)生深刻的影響。下面簡單介紹超導體的一些應用。 （1）用超導材料輸電發(fā)電站通過漫長的輸電線向用戶送電。由于電線存在電阻，使電流通過輸電線時電能被消耗一部分，如果用超導材料做成超導電纜用于輸電，那么在輸電線路上的損耗將降為零。 （2）超導發(fā)電機制造大容量發(fā)電機，關鍵部件是線圈和磁體。由于導線存在電阻，造成線圈嚴重發(fā)熱，如何使線圈冷卻成為難題。如果用超導材料制造超導發(fā)電機，線圈是由無電阻的超導材料繞制的，根本不會發(fā)熱，冷卻難題迎刃而解，而且功率損失可減少50%。 （3）磁力懸浮高速列車要使列車速度達到500km•h-1，普通列車是辦不到的。如果把超導磁體裝在列車內(nèi)，在地面軌道上敷設鋁環(huán)，利用它們之間發(fā)生相對運動，使鋁環(huán)中產(chǎn)生感應電流，從而產(chǎn)生磁排斥作用，把列車托起離地面約10cm，使列車能懸浮在地面上而高速前進。 可控熱核聚變核聚變時能釋放出大量的能量。為了使核聚變反應持續(xù)不斷，必須在108℃下將等離子約束起來，這就需要一個強大的磁場，而超導磁體能產(chǎn)生約束等離子所需要的磁場。人類只有掌握了超導技術，才有可能把可控熱核聚變變?yōu)楝F(xiàn)實，為人類提供無窮的能源。

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