中华学生百科全书-第569章
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20 世纪 30 年代，克拉默尔用气相沉积法获得了第一个非晶态合金。50
年代中期，科洛密兹等人，首先发现了非晶态半导体具有特殊的电子特性。
1958 年，安德森提出：“组成材料的几何图形（晶格）混乱无规则地堆积到
一定程度，固体中的电子扩散运动几乎停止，导致非晶态材料具有特殊的电、
磁、光、热的特性。”这就引起了科学家们的极大兴趣。但是，当时如何制
造能够应用的非晶态材料的方法尚未解决，金属、合金的生产仍沿用传统的
炼金术。
1960 年，美国加州理工学院杜威兹教授领导的研究小组发明了用急冷技
术制作出进行工业生产的非晶合金的办法。采用这种方法，可以制备出各种
宽度的非晶合金条带，条带的带宽已达 150 毫米以上。另外，这种方法还可
制备非晶态的粉末，其粉末粒度直径可达 1μm（微米，1‰毫米）左右。这
种方法也可制备非晶合金丝。此方法在冶金工业生产工序上节省了多道工
序，节省能源消耗，被称为冶金工艺的一次革命，也就是“炼金术”的革命。
非晶固体的研究结果已发现的非晶态材料包括：非晶态金属及其合金、
非晶态半导体、非晶态超导体、非晶态电介质、非晶态离子导体、非晶态高
分子及传统的氧化物玻璃等。可见非晶态材料是一个包罗万象，极为富有的
材料家族，它已广泛应用于航天、航空、电机、电子工业、化工以及高科技
各领域并取得了显著效果，而且，还继续显示着它的不竭功能。
非晶态金属比一般金属具有极高的强度，如非晶态合金 Fe80B20，其断裂
强度达 370kg／mm2，是一般优质结构钢的 7 倍，弯曲形变可达 50％以上。可
见，它在保持高强度的同时还具有较高的韧性。这种非晶态合金还具有优异
的抗辐射特性，经中子、γ射线辐照而不损坏，在火箭、宇航、核反应堆、
受控核反应等方面都具有特殊的应用。非晶态材料可以制备成复合材料和层
状材料。在产品生产工序上，金属玻璃的制备可以连续生产，一次成型，生
产程序简单、成本低廉。自 1974 年起，美国、日本、西德、法国已大量投资，
提供了不少的市场产品。
非晶态合金在工业上首先使用于变压器，非晶合金片薄，一般为 20～30
μm（微米，1‰毫米）制成这种微型优质变压器适用于航天、航空、航海的
供电网络上。由它制成的其他配电变压器、脉冲变压器都已投入使用。常用
的变压器铁心均是用硅钢片制造，而且条经过冲压、剪切、绝缘等 6～8 道工
序。采用非晶态合金片，减少了这一连串工序，而且所制成的变压器能量损
耗低，只有硅钢片变压器的 40％。同时，这种非晶态合金片的强度比硅钢片
的高，耐腐蚀性好，还具有极优的电学性能。不久，用非晶态合金片做成的
电动机诞生了。1980 年，美国 GE 公司用非晶态合金片做成了电动机，其体
积小，能量损耗低，其耗能只有用硅钢片制成的电动机的 1／3。目前，全世
界已有 6～7 万台非晶态合金制成的配电变压器投入运行。如果在我国，将硅
钢片制造的配电变压器全部换成非晶态合金片的变压器，那么每年可节电
100 亿度，约合价值人民币 10 亿元以上。世界上属于非晶合金的生产类型很
多，美国有 58 个，日本 73 个，我国 28 个，并且已有年产百万吨铁心的非晶
合金厂。非晶合金种类极多，有以铁为主的叫铁基非晶态合金，还有钴基、
铁—镍基、铁—钴基、铜基、镍基等。非晶合金还包括永久磁性或在电场下
具有磁性的磁性材料，前者称硬磁材料，后者称软磁材料。
非晶态磁头，是非晶态合金应用的另一个领域。一种钴——铁——镍—
—铌——硅——硼体系的非晶态合金耐磨性高、噪声小、硬度高（比常用磁
头的硬度高 2～3 倍），是很好的磁记录材料。
早在 1988 年，我国已生产 80 吨非晶态软磁合金，用于电子工业的各种
电器。非晶态钯——硅合金，可作成电磁、超声信号延迟线，作为信号延迟
一段时间的器件，并用于军工、雷达电子计算机、彩色电视、通迅系统或测
量仪器。电磁延迟线可由几毫微秒延长达几十微秒，超声延迟线则由几微秒
延迟到几千微秒，均可直接使用，免除了一大套延迟讯号的线路和仪器设备。
用非晶态合金制作成性能稳定、精确可靠的应变仪和各种传感器都已投入使
用，已形成替代原有设备、器件之趋势。
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、104～105 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。
全球超导热的浪潮，实际上是一场综合国力和科学水平的竞争，形成了
美、中、日三国三足鼎立的格局。谁都不甘落后，新的研究，新的成果不断
涌现，尤其是在 1987～1988 年间，几乎是每三天都有高温超导研究的新突
破。还有一些科学家，如日本的科学家声称曾发现锶钡钇铜氧超导体系有 60
℃的超导转变，一些科技刊物多次报导发现室温超导的现象，美国休斯顿大
学的科学家也声称在铒钡铜氧体系中发现有 230K（零下 43℃）的超导转变现
象，遗憾的是，这些结果无法重复成功。超导研究的每个突破都牵动着无数
人的心，震撼着科技界、产业界，各国政府都为超导研究鸣锣开道，美国原
总统布什曾公开宣布他要亲自过问超导研究，可见其重视程度。
超导热持续升温，而且持续的时间在科学史上是最长的，涉及的人数也
是最多的，这是什么原因呢？正如高温超导体一出现，世界的科学家们就断
