简单来说,物体内部有3个带,1个是导带,1个是价带,还有1个禁带.禁带是导带和价带的中间区域,是没有电子的区域.
导带中的电子能导电,价带中的空穴同样能导电.
绝缘体导带是空的,什么都没有,价带有大量的电子,但是禁带很宽,所以电子很难从价带跃迁到导带上面,同时也无法留下空穴在价带中,所以基本不导电.
半导体导带也是空的,价带有大量电子,但是禁带没那么宽,所以有外界影响的时候就会有电子从价带跃迁到导带上,同时留下空穴在价带中,于是就有一定的导电能力,而且随着电子浓度和空穴浓度数量的变化,导电能力也跟着变化.
导体最简单,导带和价带部分重合的,电子很容易就可以到达导带,电子浓度很空穴浓度也比上面半导体的要大,导电能力比较强.
目前,世界上超导体工业仍属于小的工业部门,但超导器件往往是大系统的某些重要部件。1988年,超导器件年销售额达4亿美元,全部超导产品的世界市场超过10亿美元。2000年已接近30亿美元。
当前的超导产品的工作温度都在绝对零度以上几度范围内,并且都是由铌和铌合金制成的,因此可以说目前的市场是低温超导的市场。1987年以来发现的高温超导对当前的市场影响尚很小。
当前超导体市场仅仅是处在萌芽状态,预计超导材料市场的年增长率为15%,增长最快的领域是医学成像、电子学、国防系统、工业部门、发电与配电等领域。在市场上销售的主要超导产品是:磁共振成像仪;生产用磁体;超导量子干涉器件;示波器和电子产品;线材、棒材和电缆;研究用小型磁体;大型铌磁体;陶瓷线材和带材;陶瓷涂料;薄膜和屏蔽;粒子加速;核聚变用磁体等。其中,磁共振成像仪使用的超导磁体,在超导部件的市场上占有最大份额,如1987年,超导器件年销售额2.0亿美元,其中1.5亿美元是用于磁共振成像仪。磁共振成像仪每年约销售300台,该仪器在世界范围内需求量非常大,且目前有95%以上是超导式的。
生物磁技术公司开发出用于测量人脑活动的探测仪,可进行脑紊乱的早期诊断。
美国的一家公司正在制造磁特性测量系统,可用于实验室进行高级超导性研究。该设备几乎是无竞争地进入市场,并有一定的储备产品。该公司制造了一台锈蚀探测仪,可探测出由于金属氧化的化学反应而引起的微小的磁场变化,用于铁桥和管道等锈蚀诊断。
美国十分重视能量存储在军事上的应用,“星球大战”计划安排了若干这类的项目。这些项目要求储能系统在需要时能迅速供给大量的能量,如定向能武器等。
粒子加速是高能物理研究的重要设备,美国费米实验室的粒子加速原设计使用常规磁体,后来用超导磁体替换,使加速功率加大1倍,且能耗骤减。它共使用900块磁体,每块重1吨左右,磁体是由铌钛扁平电缆制成的。这些磁体在5年内提供了1500万美元的市场。
而美国正在实施的SSC工程则是更大型的粒子加速,它旬括1万块铌钛超导磁体,每块长50英寸左右。这些磁体为磁体供应商提供了10亿美元的市场(在几年内)。
“技术商情”杂志1988年1月列出了世界范围从事超导研究与销售的48家主要公司的名单及其主要活动:美国31家;欧洲6家(其中英国4家,瑞典1家,德国1家);日本11家。显然,这些厂家都是从低温超导产品研究与生产销售起步的,超导商品市场的占有者已是十分明显了。美国、日本和西欧是最重要的市场占有者,将超导的实验室成果,以最快速度实现实用化和商业化,并最大限度地占领市场,这是超导业竞争的焦点。
在1987年寻找高温超导材料的竞赛时,中国与上述3个集团是并驾齐驱的,甚至还相当突出。可是,高温超导体出现后,由于竞争的焦点是商品化及占领未来市场,中国就略显逊色。激烈的竞争仍在上述3个集团之间展开,尤以美国和日本竞争最为激烈。
1987年新高温超导体发现几个月后,美国联邦机构就将1987年度的基金从其他研究与开发领域中抽出4500万美元用于从事高温超导体研究。1987年4月(高温超导体发现后仅2个月),当时的美国总统里根发布命令,要求各联邦实验室把研究所的技术迅速转让给私营企业,并鼓励政府、大学和工业界进行合作研究,旨在加速科学技术的商业化速度。与此同时,美国国会还成立了“超导材料商业和国防应用委员会”。
在1988年度,美国联邦署支出将近1.59亿美元用于超导研究与开发,半数以上(0.95亿美元)用于高温超导材料,其余用于低温超导材料。1988年预算超过1987年的89%,1989年预算超过1988年的58%,增长幅度相当高。
财政预算的重点集中于能源部和国防部。能源部3个年度的财政预算占3年总预算的46.3%。国防部为34.3%。反映了美国政府对能源和国防的重视程度。美国为了近几年内在民用和军事系统抢占技术优势,采取了新的开发方针。即鼓励联合开发,提倡基础技术与应用技术同时开发的方针。实现研究、开发、生产一体化,以期将科研领先地位迅速转化为商业应用的领先地位,并保护本国的知识产权。如果说在寻找高温超导材料的基础研究的竞争中,美国已取得领先于日本的地位,则在应用开发与产品商品化方面,美国最担心的是落后于日本。
高温超导材料发现后,日本政府加速了对超导研究的资金投入,1988年的投入超过1987年的300%。日本充分认识了超导市场的潜力,包括技术和商业上的市场。1988年日本超导的预算达5697万美元。日本还制订了“1988年度超导研究开发及商业化计划”。日本制订了一个关于超导研究与开发的总体规划,以使技术转移到工业基地的速度快于美国和西欧。
由于日本1988年财政预算中不包括工资部分,如果与美国财政预算进行比较的话,根据非正式资料估计,日本的数字可能要扩大2~3倍。这样,日本与美国的1988年度财政预算是接近的。
自从高温超导体发现以后,超导技术对当今的社会和产业产生了巨大的冲击,科学技术界对超导技术发展的前景表示了各种各样的见解,特别是对超导应用从技术和经济分析方面进行了估价与预测。
大多数专家,特别是超导专家对超导将引起未来社会与产业的变化持乐观态度,认为“超导引起的产业革命即将到来,这与半导体带来的影响相同,大概会引起至今没看到过的产业革命”。专家们从技术与经济可行性角度出发,对具体超导技术应用的实现同时持慎重态度,特别对超导在能源与运输设备上的应用(强电或强磁)实现时间的估计,大多数认为是21世纪的事情。个别专家认为:“半导体从二接头二极管发展到三接头的晶体管用40年时间,超导也许要经过很长的时间才能实用,但应用实现时影响是很大的。”超高速的超导计算机实用化的时间可能比能源与运输设备还要晚。总的来说,大多数超导弱电、弱磁应用实现时间要比强电、强磁早。
尽管人们对超导有各种看法,但学术界从未在研究的道路上畏缩不前。各国政府,特别是工业发达国家的政府,对超导研究极力支持,给以大量投资,这些国家有实力的公司对研究成果迅速引进,迅速转变为生产力,这些都有利于超导技术的发展。这也说明,政府、企业与超导专家、研究者,在对超导将起的作用的看法方面取得了共识。超导在21世纪必将占有重要地位。生命的起源是一个古老的问题。20世纪以前的自然科学还没有资格郑重地回答这个问题。之后,一些大胆的生物化学家开始走进了这个领域。
实际上,只在地球上追寻生命的起源还是远远不够的。19世纪人们已经在陨石中发现了有机物,其成分包括地球生命物质的全部基本要素。20世纪射电天文学的发展,又使人们发现了星际的有机分子即宇宙间存在的有机分子云。这些发现提示我们,地球可能并不是惟一的生命环境。因为,我们并不知道生命起源于地上还是天上。
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