CN2428842Y - 电场式常温金属超导体 - Google Patents

Abstract

电场式常温金属超导体是一种与传统超导体迥然不同的新型超导体,它只需常温下的电场,而无需低温这个难度颇大的条件,导线材料也是普通金属,而非易碎的非金属,因而易于制造,成本低廉,操作简便,包括输电在内的诸多领域都可发挥它无电损、荷载大和磁力强的独到作用。它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,分为圆管型、薄膜型和复合型等三种形式。

Description

电场式常温金属超导体

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。

我们可以通过以下薄膜型的实验来验证电场式常温金属超导体的效果：用香烟盒内的铝箔剪成长120厘米、宽0．5厘米的两片金属薄膜作电极，将长113厘米、直径为0．03厘米的保险丝碾成宽0．1厘米的薄片作为导电体，绝缘材料用高压胶布。将万用电表的黑红表笔分别与导电体的两头相连，测得的电阻为0．5欧；然后将电极先后接入24伏、200伏的直流电源，电闸闭合电极充电，万用电表指针一动也不动；但当接入才充过电的手电式电警棒的高压电时(估计电压为1万2千伏)，万用电表指针一下由0．5欧的位置摆到了基本上是零欧的位置(估计为0．01欧)。从实验可见，电场式常温金属超导体比传统的超导体所需的条件既简单又便利。因而，可以广泛应用于包括输电在内的诸多领域，发挥其神奇作用。

图面说明：图1中①为普通金属裸导体，②④⑥为绝缘材料，③为薄金属管导电体，⑤为薄金属管电极；图4中①为金属薄膜导电体，②⑤为绝缘材料，③④为金属薄膜电极；图5、6中①为电场负极，②为电场正极，③为导电体，④为绝缘材料。

为了实现电场式常温金属超导体的超导效果，须得注意以下几点：

第一无论那种类型的电场式常温金属超导体，检验其效果的办法都一样：看导电体上的电阻或向外散发的热量是否为零。若不为零，就要调整电场电压；其次是检查产品是否达到各种规格指标，质量是否合格。

第二电极电压不可过高，否则将会大大减弱导电体表面对自由电子逸出的阻力，使能量较大的自由电子从导体里释放出来，产生场致电子发射，出现放电现象，干扰以至破坏电场式常温金属超导体的正常运行。

第三电场式常温金属超导体的原理决定了其内的导电体可以输通直流电，也可以输通交流电，其道理相同，效果也一样；但电场的电极以接于直流电源上的效果最为理想；交流电源可以接，只是效果不及直流电源，包括“通交流阻直流”的能源浪费(因它实际上也是一种电容器)。

第四导电体上的电压要在绝缘材料的耐压范围以内。

第五电场式常温金属超导体开始运行以后，可将电场电压适当降低，超导效果也不变化，这有利于运行的安全，延长绝缘材料的寿命。

第六不拘那种类型的电场式常温金属超导体，由于其电场不是开放型的，而是闭合型的，再加上电场一般是稳定的直流电压电场而不是时刻都在变化的交变电场，所以基本上不会有以电力线和电磁波的形式向外辐射能量而造成的电损现象，故这层可不作考虑。

Claims (3)

1．电场式常温金属超导体，特征在于：将导电体夹在同一电场约两个电极之间，并用绝缘材料将导电体和电极、电极和外界绝缘。

2．根据权利要求1所述的电场式常温金属超导体，其特征在于：以金属裸导线作电场的一个电极，以这个电极的绝缘层外的管形薄金属层作导电体，以管形导电体上的绝缘层外的管形金属层作另一电极，并用绝缘层与外界绝缘，即园管型电场式常温金属超导体；也可以在园管型电场式常温金属超导体外面继续增加导电体层、绝缘层、电极层、绝缘层----使之同体有两个或两个以上的导电体和电场即有两个或两个以上的园管型电场式常温金属超导体，即复合型电场式常温金属超导体。

3．根据权利要求1所述的电场式常温金属超导体，其特征在于：以三条并列的金属薄膜分别作电场电极、导电体和电场电极，并用绝缘材料将它们相互绝缘和与外界绝缘，即薄膜型电场式常温金属超导体；也可以在薄膜型电场式常温金属超导体之上，继续增加导电体薄膜、绝缘层、电极薄膜、绝缘层----使之同体有两个或两个以上的导电体和电场即有两个或两个以上的薄膜型电场式常温金属超导体，即复合型电场式常温金属超导体。

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