某种物质在温度低于某一临界温度时，其电阻几乎消失的物理现象称为超导。1911年，荷兰物理学家昂纳斯发现汞在绝对温度421~419K的狭小温度范围内，电阻突然降为零，而在磁场强度超过某一临界值时超导电性会遭到破坏。
超导技术在近30年来得到了新的发展，主要包括超导强磁和弱磁技术，可使电工等设备达到效率高、重量轻、体积小、容量大的特点。1972年美国西屋公司研制出一台5 000千伏安超导电机，1982年又研制成30兆焦耳(84千瓦时)的超导储能装置，最大功率达10兆瓦。1980年，法国研制成线径小于1微米的铌钛超导线，进而又研制成200千伏安变压器；1986年研究发现氧化镧、钡、铜等超导临界温度在77K以上的氧化物高温超导体。
目前已发现最高临界转变温度高达156K的氧化物超导体，可在液氦温区下应用，其技术要求可降低，装置可简化，应用面可拓宽。展望未来应用领域，可用超导磁体产生强磁场，建造高能粒子加速器和可控热核反应装置；用超导材料来实现长距离电能输送；用超导原理制成磁流体发电机；用超导磁体产生的电磁排斥原理制造磁悬浮列车；超导量子干涉仪可测量极其微弱的磁场以及快速运算的计算机等。
中国自20世纪60年代开始对超导进行研究，1965年已研制成第一代NOTI单芯超导线绕磁体，1979年研制成一台400千伏安超导同步发电机，到80年代对高温超导研究已处于世界领先地位。1993年又研制成超导体磁流体电试验器，在地磁测量方面已属世界前列。展望未来，超导技术的应用和开发，以及超导产品走向市场将会有十分美好的前景。
超导体有哪两大特性
在低温条件下呈现电阻等于零和排斥磁力线的现象的物质被称为超导体。现已发现有28种元素、几千种合金和化合物是超导体。超导体由正常态转变为超导态的温度称临界温度Tc。大多数在10K以下，但现在已有所突破。电阻等于零是超导体的最显著的特性。超导体的另一个特征是磁力线不能穿过它的体内，也就是说超导体处于超导态时，体内的磁场恒是零。超导体的这种排斥磁力线的现象称为迈斯纳效应(理想抗磁性)。
1987年1月初，日本川崎国立分子研究所将超导温度提高到43K，不久日本综合电子研究所又将超导温度提高到46K和53K。中国科学院物理研究所由赵忠贤、陈立泉领导的研究组，获得了486K的锶镧铜氧系超导体，并看到这类物质有在70K发生转变的迹象。1987年3月12日中国北京大学成功地用液氮进行超导磁悬浮实验。1991年3月日本住友电气工业公司展示了世界上第一个超导磁体。
何谓超导诊断仪
以往判断患部有无癌细胞的方式，是对患部组织做切片检查，因为正常细胞在体外不会增殖，只有癌细胞才会发生体外不正常增殖的情形，但不作切片检查，仅仅从皮肤表面根本看不出癌细胞与正常细胞的区别。X光照射的程度就是受到这样的限制。
核磁共振断层成像可以解决这个问题。所谓核磁共振(NMR)是指核磁矩受外加交变磁场作用而剧烈吸收能量的现象。原子核在不停地自旋并且带有电性，也带有磁性。只要有电流存在，就有磁性存在。原子核的自旋使其自身具有磁矩，也就是磁性方向和磁力。从垂直于所加磁场的角度，再施加一个高频强磁场。
所谓高频磁场，就是磁场在每秒钟内发生一定次数的波形变化。在高频磁场的作用下，由于原子核具有特定的频率，两者发生共振现象，原子核吸收其能量。这样一来，我们就可以弄清在物质内部有无某种原子核存在以及其数量的多寡和所处的位置。
在发生共振现象的状态下，一旦切断高频磁场的传播，原子核就会释放出从外部吸取的能量，逐步恢复到原来的状态。将该恢复状态进行计算处理，并予以图像化，就能得到相应的内部视觉信息。在应用于医疗诊断时，通过测定这时所释放能量的多寡和恢复到原来状态的时间，就可以知道人体内部原子的分布和结合状态的差异。
作为检测对象的原子核是氢。而氢是构成水的元素，人体中的水占70％，只要人体稍有异常就马上能够查出。
采用正常磁体制成的核磁共振电子计算机X线断层扫描装置，已经实现了商品化。使用超导磁体制造的这种装置也已经问世。由于在超导磁体中流动的是永久电流，磁场的稳定性特别高，所以，可使诊断装置产生更高的磁场。
超导核磁共振电子计算机X线断层扫描装置目前已进入临床使用，现在世界各国都在加紧开发运用这一技术，人们期待着它最终能成为诊断人体内部疾病的主要手段。
为什么要致力研究超导储电
存电能不像储存一件物品那样方便，但储存电能又是人们亟待解决的一个课题。比如，一天时间里人们对电的需求差异很大。上班时，所有用电设施都打开了，用电量达到最高峰。到了深夜，大部分人都已熄灯休息，用电量处于低谷状态。这时电能有很大一部分是没有起到作用的。假如能将用电低谷时的电能储存起来，在用电高峰时用，那么电的浪费将会大大减少。但现有的化学能、热能等储电方式都要损耗较大一部分电能。于是人们想到了用超导储电。超导储电设备是一个缠绕在金属线圈上的超导线圈，看上去并不复杂。由于超导线圈对电流没有任何阻力，只要将电流输入线圈，电流就会在线圈内不停息地环流，电能却不会损耗。超导储电的难点是研制制作线圈的超导材料，目前，这种材料还未研制成功。超导储电，优于目前所有的储存电能方式。它的充放电时间可在毫秒级范围，它的储能容量更是优于其他储电方式。
生物体内存在超导体吗
1964年勒特耳首先提出：电子之间有库仑排斥力，但在超导体内的两电子间由于交换电子产生吸引力，当这种吸引作用超过两电子间的库仑排斥作用时，两电子就形成电子对引起超导电性，这就是电子机构的超导电性。在勒特耳的设想中，不是利用交换电子使两电子间产生吸引作用，而是使两电子间交换激子而产生吸引作用。所谓激子是指由于一种电子系统的极化所导致的能量激化，如果这种激子机制能产生两电子间的净吸引，那么，可以预期将出现超导态，这就是所谓的激子超导电性。勒特耳的思想在许多物理和化学工作者中引起了广泛的兴趣。人们再次提出：生物体内存在超导体吗?
这是个引人入胜的问题，克柏于1971年报道：具有高浓度胆固醇的神经纤维的某些部分，在生理温度下有超导性。后来，有人进一步用实验证实了：胆酸、脱氧胆酸、石胆酸、胆烷酸钠盐的抗磁性在30K、60K、277K时起突然变化，而且在这种抗磁性的突变时，原子晶格结构没有变化，本质上这应是电子引起的。尽管这种抗菌素磁性变化与超导性关系还有待研究，但有人认为在这些化合物中存在着高温超导区，即这些材料整体基本是绝缘体，但在配料体内，分散着许多小的超导区域。还有人认为就脱氧核糖核酸(DNA)的分子结构而言，可能产生勒特耳所提出的超导设想。还有人提出：在人类的大脑中，可能存在着超导体，才使人思维如此地敏捷，对于逻辑的推理如此地迅速。这些谜，有待人们去逐渐地解开。有关生物超导体的研究目前还处在初始阶段，但它肯定是一个值得探索的方向。
什么是纳米材料
纳米是百亿分之一米，即10-9米，是人类肉眼看不见的不能分辨的极小单位，一般人的头发丝的直径在7万纳米。纳米材料是在纳米尺度上(包括原子、分子)研制材料，它是一种具有奇异或反常的物理、化学性能的材料，是一种新物态。运用纳米技术，在纳米尺度上研究材料的特性和相互作用以及如何利用这些特性，对材料进行原子量级的加工，从而在更加微细的深度上生产出具有特定功能的产品和材料。纳米材料由于结构的特殊性，以及小尺寸效应、界面效应、量子效应和量子隧道效应等一系列新效应，使纳米材料出现许多不同于传统材料的独特特性。例如：纳米陶瓷在1 600℃高温时能如橡皮糖那样延伸，呈超塑性；常温条件下则又比粗颗粒的同样材料坚硬，且富韧性。常温条件下电的良导体铜，小至纳米级时就不导电；而绝缘的二氧化硅在20纳米级时却开始导电。这种组元尺寸的变化引起了材料质的变化。
纳米材料在催化、吸光、磁性、医药、军事诸方面有许多用途。例如，物质颗粒小至10纳米时，表面原子占20％，小至4纳米时占40％，小至2纳米时则有80％的原子在表面，原子扩散速度加快；纳米技术使许多东西微型化。如武器“袖珍化”，“微型军”上阵：21世纪的士兵打仗需携带放大镜奔赴战场，昔日的航空母舰、巨型坦克、轰炸机等巨型武器，将为纳米“小妖”所取代。如“间谍草”状如小草，装有摄像机、感应器、照相机和各种侦察系统，可准确测定出坦克出动时发出的震动和声音。“蚂蚁雄兵”背部以微太阳能电池作动力，有搜索情报的感应器和炸药，专以电脑网络或电线线路为攻击对象，其火力能摧毁各种通信设备，破坏力特大。还有甲虫大小的袖珍遥控飞机。01千克的微小卫星等。预计，21世纪将能制造出一批形如超微型潜艇状机器用于人体医疗保健：用针管将几百万只比红细胞还小的超微型机器注入血管，在血球间运动，检查血管，清除过高的胆固醇，消灭和吞食病毒，运送药物至病变部位和病态细胞中，修补人体组织，治疗种种疾病。中国科学家已在原子级操纵和原子级加工这一世界公认的高科技领域取得重大突破。目前已能在大头针尖大小的材料上记录长篇小说《红楼梦》的全部内容，调动原子“书写”世界上最小的字。中国在纳米材料某些方面已达到国际先进水平。
纳米技术将会成为第五代推动经济发展的主导技术吗
纳米技术是一种在纳米尺度空间内的生产方式和工作方式，并在纳米空间认识自然、创造一种新的技能。其包括纳米材料的制造技术，纳米材料向各个领域应用的技术(含高科技领域)，在纳米空间构筑一个器件实现对原子、分子的翻切、操作以及在纳米微区内对物质传输和能量传输新规律的认识，等等。21世纪前20年，是发展纳米技术的关键时期，纳米技术将成为第五代推动社会经济各领域快速发展的主导技术。主要包括：纳电子代替微电子、纳加工代替微加工、纳米材料代替微米材料、纳米生物技术代替微米尺度的生物技术。
什么是纳米复合材料
纳米复合材料是内含一维尺寸小于100纳米的相，使材料性能发生非线性变化的多相复合材料。作为纳米材料的一大类，纳米复合材料由于将不同功能的材料在纳米尺度上进行复合，因此它的性能远优越于单一组分的材料或不同性能材料的简单复合。这种复合材料具有下列结构特点：每单位体积具有高界面面积、具有独特和可控制性能的中间相材料的体积大、具有控制程度高的结构、非平衡相稳定、非均匀物质之间的间隔小(扩散路径短)、在连续相中具有限制效应、无“混合物性能规律”。研究表明，纳米尺寸的增强物可提高复合材料的性能，而不牺牲其他性能。此外，纳米复合材料还具有明显不同于单一原材料的性能。
高水速凝固化充填材料能使采矿技术发生大变革吗
高水速凝固化充填材料是一种性能类似于英国研究成功的称为特克派克的新型水硬性胶凝材料。在国内，高水速凝固化充填材料由中国矿业大学北京研究生部研制成功，并在采矿业充填技术方面得到广泛应用。高水速凝固化充填材料具有所有水泥均不能实现的可贵特性。即由该材料调配的浆液能在很大的水固比条件下，可以控制在5~30分钟内产生凝固、硬化，最终变成一种较坚固的高含水固体。金属矿利用高水速凝固化充填材料进行的胶结填充采矿，使金属采矿工艺的重大技术变革，具有巨大的社会效益和经济效益。
高性能耐蚀材料常应用于哪些领域
高性能耐蚀材料是对腐蚀性环境的抵抗能力强的材料。主要包括：金属耐蚀材料。主要是耐蚀合金，含铬的非晶态耐蚀合金具有极高的耐腐蚀性能，其耐蚀性能远远超过结晶态的不锈钢，适合作化学反应容器的包覆层、管道、阀门等，还可用做植入人体内的补强材料。非金属耐蚀材料。主要有氧化铝精细陶瓷、耐酸搪瓷、耐碱混凝土、不饱和聚酯树脂等。
梯度功能材料在哪些行业广泛应用
梯度功能材料是一种新型表面处理材料，具有良好的耐磨性、耐蚀性、耐热性，在工程领域将替代各种性优价高的合金钢和钼、镍、钛等金属。渗镀过程本身费用并不高，又有很高的性价比，因此在电力、化学、建材、机械等行业有着广泛的应用前景。
什么是超晶格材料
超晶格材料是两种不同掺杂的半导体薄膜或不同化合物的薄膜交替生长而成的周期性的多层结构的调制掺杂超晶格和组分超晶格晶体。这种周期性多层结构的晶体给半导体材料和半导体物理学开拓了一个崭新的天地，在光电器件和电子器件应用方面有广阔的前景。超晶格是指将人造的一维周期叠加在晶体的分子周期上的一种结构，它是用人工控制的办法，在一种材料衬底上交替生长两种或两种以上不同材料的多层结构，从而获得特殊的性能。
超晶格材料的研究范围侧重于超晶格材料的物理特性，以及为满足不同需要而具有不同特性的超晶格材料的制备方法，这又包括材料的选择以及生长技术等工艺方法的选择。其研究领域包括：调制掺杂和掺杂；成分超晶格；掺杂超晶格；应变层超晶格；短周期和单层超晶格；准一维量子线和零维量子点超晶格。超晶格量子型材料以全新的概念改变着器件的设计思想，使半导体器件的设计和制作由原来的“杂质工程”发展到“能带工程”以及“电子特性和光学特性剪裁”等新的领域。材料的改进和提高最终是为器件服务的。超晶格材料具有的物理特性为其在光电器件和电子器件的应用开辟了广阔前景。
什么是非晶态半导体
