非晶态还有一些独特功能,如低热膨胀系数、在磁场作用下变形接近于零等,根据这些特性,人们已经制造出各种要求不随温度、磁场而变化的精密仪器,如标准量具、精密天平、高精度钟表、10~10立方米的液化天然气的大型运输罐等。常用的磁录像机、电视和电子显微镜也都需要大量的非晶态合金,如铁——硼系,铁——磷系(铁、镍、钴)——锆系等非晶态合金。
有的非晶态合金具有恒弹性特性,在受到不同压力作用下,其产生的形变大小,不随温度变化而变化,是制作精密计量仪器的重要材料。
非晶态合金具有超高强度、高硬度、耐腐蚀的性质,是一种非常理想的刀具和轴承材料。
非晶硅太阳能电池,在国际能源危机的情况下,闪耀着夺目的光辉。由于太阳能是取之不尽、用之不竭和没有污染的能源,所以非晶硅的研究热潮席卷全球。美国在1986年以前十年中已在这方面投入15亿美元。著名的物理学家英特在第八届国际非晶态会议的闭幕式上说:“我不能预见未来,不能说明究竟在什么时候,太阳能电池将要取代石油!”
各种富有特性的非晶态材料已占领了科学、技术、产业的各个领域,它们已成为重要的新型固体材料的大家族。虽然,非晶态科学从理论到实践,还有许多问题尚未清楚,但是,有关非晶态材料的许多特性已被人们慢慢认识并付诸应用,在非晶态材料这个广阔的领域内,人们将会开拓出许多新课题、新性能、新材料和新前景。当代冶金工业的“炼金术”的革命,在21世纪将继续产生重大的影响。
全球高温超导热的延伸与第四次技术革命
人类的发展史上曾经兴起过三次技术革命的风暴,它们已经被光荣地载入史册。首次技术革命始于18世纪60年代,是以蒸汽机的广泛应用为标志,推动了社会工业化的大革命。第二次技术革命发生在19世纪7O年代,是以电力的广泛应用和无线电通讯的发明为标志,把全球推进到了生产自动化的文明社会。第三次技术革命的掀起是在20世纪50年代以后,科学家们进行了一些重要的实验,以发现了原子结构、电子、原子核分裂产生原子能、电子计算机、激光的广泛应用为标志,把人类社会推向了高度智能化的高度文明年代。随着高温超导体的发现,科学家们凭着高度灵敏的科学灵感,第四次技术革命即将到来!这是多么令人振奋的消息!在人类发展的历史长河中又要增添闪光的新星。回想超导材料发展的艰难岁月,科学研究者作出了多少艰辛的努力!
1911年的一天,荷兰雷登大学的卡未林,翁纳斯(K.Onnes)突然向世界宣布,他发现了超导现象!!!这个消息震撼了世界,人们以十分兴奋而赞赏的目光注视着他的研究工作。1908年前,翁纳斯成功地将气体氦进行液化,使液体氦的温度接近绝对温标的绝对零度(零下273摄氏度)。这样,当翁纳斯的助手在接近绝对零度的温区研究金属汞的电阻和温度的关系时,发现在绝对温度4.2K附近,汞的电阻突然由0.125欧姆降到零。他的助手向翁纳斯报告了这种奇怪的令人难以置信的现象。翁纳斯开始并未介意,认为这可能是实验上的失误。但他还是以非常认真的态度,闭门谢客,把自己关进了实验室,经过一天一夜的观测,次日清晨,他向全世界宣布了他的实验结果。这个结果,具有无穷的凝聚力,吸引着许多富有探索精神的科学家,在世界科技界,掀起了超导研究的热浪。有人努力寻求电阻为零的新超导材料;有人探索超导材料的微观结构和微观机理;有人研究超导材料的电磁特性并且开拓它的应用领域。科学家们经历了75年的艰难岁月,尝遍了甜酸苦辣,已查明在元素周期表里的大部分元素本身都具有超导特性或在高压力作用下呈超导现象。科学家们已肯定了其中只有33种元素本身没有超导性。但是,那些元素的超导转变温度极低,只有零点几度(绝对温度K)至几度(绝对温度K)。随即,由巴丁(J.Bardeen)、库柏(L.N.Cooper)和施瑞弗(J.R.Sechrieffer)共同创立了解释超导转变的微观理论。这就是著名的B.C.S理论,这个理论在1957年问世,他们因此而荣获诺贝尔物理奖。在研究超导体的电磁特性方面,1933年迈斯纳(W.Meissner)和奥克森菲尔德(R.Ochsenfeld)的磁测量表明,超导体的磁性完全与导体不同,他们将超导金属锡(Tc=3.72K)和铅(Tc=7.19K)样品放在,这磁通完全被除在样品外,样品表面的磁通线密度增加。纠正了统治超导界22年,认为超导体和导体的磁性能完全一致的观点。这个效应被称为迈斯纳效应,是现代悬浮超导列车能够飞速运行的理论基础。60年代后期,日本就开始执行超导磁悬浮列车计划,利用超导磁力使车厢在轨道上悬浮起来,并推动车厢高速前进。1972年第一台MC—100型实验车实验成功,车长400米,浮起10厘米,但时速每小时只有60千米;1978年时速达每小时347千米;1987年载入列车的时速已达每小时400千米。日本目前已计划建设从东京到大阪的时速为每小时500千米的磁悬浮铁路。超导悬浮列车在西欧也处在实验阶段,各方面技术在实验过程中都得到不断的提高。人们期望这种列车不久将会运行在铁路上。
此外,用超导材料制造的电动机、发电机、变压器、热开关、辐射检验器以及无接触转换开关、国防军工仪器等已经投入使用。
超导现象刺激着科学家们的求知欲,他们的理想像火山爆发一样沸腾了整个科学界。但是由于超导转变温度太低,超导的设备、仪器、元件还需要在液氦温区(4.2K)内工作,人们不得不以巨额投资设计和建造庞大的液氦站,建立繁杂的辅助设备,把气态的氦转变成液体氦,然后通过辅助设备送到使用的装置上去。所以当超导材料的超导转变温度还是在23.3K的时候,科学家们的美梦,只好冻结在漂渺的脑海之中。然而,要提高超导材料的超导转变温度,并不是一件轻而易举的事。经过75年的漫长岁月,超导材料的超导转变温度从4.2K到23.2K,仅提高了19K,这种缓慢的进展速度,多么令人困扰!
1986年秋,中国科学院物理研究所的赵忠贤、陈立泉等人在镧钡铜氧和镧锶铜氧的氧化物体系中观察到了在46.3K和48.6K下的超导转变,同时物理研究所李林教授领导的研究小组,用溅射方法制备出超导转变温度为25~27K的镧锶钡氧超导薄膜。中国的科学家,在高科技的国际竞争中已进入角色。1993年,美国得克萨斯超导研究中心的美籍华人朱经武宣布,他制备出氧化汞、钡钙铜的超导体超导转变温度为153K(零下120℃),这是目前的最高纪录。