電場式常溫金屬超導體的製作方法

2023-05-29 00:47:11

專利名稱：電場式常溫金屬超導體的製作方法
技術領域：
該實用新型技術屬於超導體。
早在1911年荷蘭的卡林·昂內斯教授就已發現了超導現象。1957年美國的巴丁、庫珀和施裡弗三人提出一種BCS理論來解釋超導現象，他們三人因此而獲諾貝爾獎。1973年，英國的約瑟夫遜發現了超導隧道效應而獲諾貝爾獎。但時至今日，因超導現象擺脫不了低溫條件這個沉重枷鎖，加之所用材料的易碎性，因而它的應用大受限制。《科學大觀園》1995年12期的題為「世紀之交的十大科學」文章如是說「現存的金屬超導體只能在稀有的液態氦製造的絕對零度(-273℃)下運行。而科學家們新研製的陶瓷材料超導體，可以在普通氮製造的-180℃下運行。如果能解決瓷的易碎性質，超導體實用的夢想就可以實現，包括高效能源小型電引擎、電磁能火車和能讓醫生檢測體內的手持掃描機。」從有關材料看，美國和日本等似乎已在小範圍內開始實用。
搞電場式常溫金屬超導體的目的就是要避開低溫這個難度頗大的制約條件，擯棄應用易碎材料這條思路，另闢蹊徑，使用可在常溫條件下照樣運行的金屬作為超導體，易於製造，操作簡便，又成本低廉，加之它無電損、荷載大、磁力強的優越性，從而使得超導體能在所有應該應用的地方都能應用起來，以促進經濟和社會的發展。
電場式常溫金屬超導體的內容是利用電場對處於其中的金屬導體上跟原子核聯繫很弱的既做無規則熱運動又做定向移動的自由電子和做無規則熱振動的正離子有力的作用性質，一方面使導體內部的自由電子也跑到導體表面，並且使自由電子像氣墊導軌上的氣墊託起滑塊一樣被電場力正好託起來，另一方面電場力對正離子沿電場方向的熱振動又起抑制作用，使其在熱振動最易取得平衡的方向即與電場方向垂直的方向上做熱振動，從而避免了與導體表面自由電子的碰撞，那麼自由電子就會像被氣墊託起的滑塊與導軌不再相互摩擦一樣也不再與導體裡外的金屬正離子相互碰撞而暢通無阻地定向流動，從而消除了產生電阻的根源，而這實際上就是出現了超導現象，導體也就成了常溫金屬超導體。
電場式常溫金屬超導體的主要技術特徵，是將導電體夾在電場的兩個電極之間，並且用絕緣材料將導電體與電極、電極與外界絕緣；按形狀和構造，可分為園管型、薄膜型和複合型三種形式1．園管型(見

圖1)我們給作電場負極的普通金屬裸導體外均勻地裹一層儘可能薄的絕緣性能好耐壓程度高的絕緣材料，再在絕緣材料外緊挨著套上薄金屬管作導電體，在導電體外同樣裹上一層絕緣材料，在絕緣材料外也緊挨著套上一薄金屬管作為電場的正極，最後在電場正極外也加上絕緣材料。
(見圖2)當我們將電壓適度的直流電源接在電場正、負極上時，就會在正、負極間產生一個電力線沿徑線由電場正極指向電場負極的正向電場。
(見圖3)再給導電體兩端加上電壓，導電體內也就建立了電場，導電體上就有了定向移動的自由電子；由於導體上的自由電子處在正向電場之中，它就必然受到電場力的作用，其方向是沿徑線向外或與電力線的方向相反。如果電場力大小適度，那麼自由電子就會在正向電場的電場力作用下獲得能量，從導體的會發生頻繁碰撞的內部跑到碰撞概率大大減小的外表面，到達自由電子受到的電極產生的電場力等於金屬正離子對它的吸引力的距離，從而使自由電子雖然不能從金屬導體表面逃逸出來，但卻會被託起來；另一方面，導電體上的正離子在平衡位置做無規則熱振動的沿徑線方向的熱振動因正離子受到電場力的作用而受到抑制，轉向於跟電場力方向垂直的平衡振動方向上振動，於是導電體上的自由電子與導電體上的正離子不再發生會形成電阻的碰撞，導電體上的電子就做起無阻擋的正向移動，出現常溫電阻為零的超導現象，這時導電體也就成了常溫金屬超導體。此時，電流的速度自然達到光速或趨近於光速。
2．薄膜型(見圖4)我們給充作導電體的金屬薄膜的兩面都均勻地塗上絕緣材料，再在兩面的絕緣材料外貼上比導電體面積略大的金屬薄膜電極，最後在電極片外塗上絕緣材料即可。
當我們將電極任意接入電壓適度的直流電源後，便在相對的電極間產生了電場，處於導電狀態的金屬薄膜上的自由電子受電場力的作用自然被推向金屬薄膜的某一表面且被託起，而且使金屬正離子沿電場方向的無規則熱振動受到抑制，因而自由電子在不與正離子發生碰撞的情況下定向流動，那麼其電阻自然為零，於是出現了超導現象，金屬薄膜導電體就成了超導體。也可用普通金屬導線替代金屬薄膜導電體，但效果沒有金屬薄膜好。
3．複合型電場式常溫金屬超導體的結構還可以是複合型的，即把兩個或兩個以上的導電體分別夾入兩個或兩個以上的但又是同體的電場之中，如圖5、6所示。
我們可以通過以下薄膜型的實驗來驗證電場式常溫金屬超導體的效果用香菸盒內的鋁箔剪成長120釐米、寬0．5釐米的兩片金屬薄膜作電極，將長113釐米、直徑為0．03釐米的保險絲碾成寬0．1釐米的薄片作為導電體，絕緣材料用高壓膠布。將萬用電錶的黑紅表筆分別與導電體的兩頭相連，測得的電阻為0．5歐；然後將電極先後接入24伏、200伏的直流電源，電閘閉合電極充電，萬用電錶指針一動也不動；但當接入才充過電的手電式電警棒的高壓電時(估計電壓為1萬2千伏)，萬用電錶指針一下由0．5歐的位置擺到了基本上是零歐的位置(估計為0．01歐)。從實驗可見，電場式常溫金屬超導體比傳統的超導體所需的條件既簡單又便利。因而，可以廣泛應用於包括輸電在內的諸多領域，發揮其神奇作用。
圖面說明圖1中①為普通金屬裸導體，②④⑥為絕緣材料，③為薄金屬管導電體，⑤為薄金屬管電極；圖4中①為金屬薄膜導電體，②⑤為絕緣材料，③④為金屬薄膜電極；圖5、6中①為電場負極，②為電場正極，③為導電體，④為絕緣材料。
為了實現電場式常溫金屬超導體的超導效果，須得注意以下幾點第一無論那種類型的電場式常溫金屬超導體，檢驗其效果的辦法都一樣看導電體上的電阻或向外散發的熱量是否為零。若不為零，就要調整電場電壓；其次是檢查產品是否達到各種規格指標，質量是否合格。
第二電極電壓不可過高，否則將會大大減弱導電體表面對自由電子逸出的阻力，使能量較大的自由電子從導體裡釋放出來，產生場致電子發射，出現放電現象，幹擾以至破壞電場式常溫金屬超導體的正常運行。
第三電場式常溫金屬超導體的原理決定了其內的導電體可以輸通直流電，也可以輸通交流電，其道理相同，效果也一樣；但電場的電極以接於直流電源上的效果最為理想；交流電源可以接，只是效果不及直流電源，包括「通交流阻直流」的能源浪費(因它實際上也是一種電容器)。
第四導電體上的電壓要在絕緣材料的耐壓範圍以內。
第五電場式常溫金屬超導體開始運行以後，可將電場電壓適當降低，超導效果也不變化，這有利於運行的安全，延長絕緣材料的壽命。
第六不拘那種類型的電場式常溫金屬超導體，由於其電場不是開放型的，而是閉合型的，再加上電場一般是穩定的直流電壓電場而不是時刻都在變化的交變電場，所以基本上不會有以電力線和電磁波的形式向外輻射能量而造成的電損現象，故這層可不作考慮。
權利要求1．電場式常溫金屬超導體，特徵在於將導電體夾在同一電場約兩個電極之間，並用絕緣材料將導電體和電極、電極和外界絕緣。
2．根據權利要求1所述的電場式常溫金屬超導體，其特徵在於以金屬裸導線作電場的一個電極，以這個電極的絕緣層外的管形薄金屬層作導電體，以管形導電體上的絕緣層外的管形金屬層作另一電極，並用絕緣層與外界絕緣，即園管型電場式常溫金屬超導體；也可以在園管型電場式常溫金屬超導體外面繼續增加導電體層、絕緣層、電極層、絕緣層----使之同體有兩個或兩個以上的導電體和電場即有兩個或兩個以上的園管型電場式常溫金屬超導體，即複合型電場式常溫金屬超導體。
3．根據權利要求1所述的電場式常溫金屬超導體，其特徵在於以三條並列的金屬薄膜分別作電場電極、導電體和電場電極，並用絕緣材料將它們相互絕緣和與外界絕緣，即薄膜型電場式常溫金屬超導體；也可以在薄膜型電場式常溫金屬超導體之上，繼續增加導電體薄膜、絕緣層、電極薄膜、絕緣層----使之同體有兩個或兩個以上的導電體和電場即有兩個或兩個以上的薄膜型電場式常溫金屬超導體，即複合型電場式常溫金屬超導體。
專利摘要電場式常溫金屬超導體是一種與傳統超導體迥然不同的新型超導體,它只需常溫下的電場,而無需低溫這個難度頗大的條件,導線材料也是普通金屬,而非易碎的非金屬,因而易於製造,成本低廉,操作簡便,包括輸電在內的諸多領域都可發揮它無電損、荷載大和磁力強的獨到作用。它的主要技術特徵是將導電體夾在電場的兩個電極之間,並且用絕緣材料將導電體與電極,電極與外界絕緣;按形狀和構造,分為圓管型、薄膜型和複合型等三種形式。
文檔編號H01B12/00GK2428842SQ9824067
公開日2001年5月2日 申請日期1998年9月18日 優先權日1998年9月18日
發明者劉克良 申請人:劉克良