超導體-實現完全無阻抗的電力傳輸

依照我們國中理化課背誦元素週期表所列的材料組成，在常溫狀態下電阻率從大到小可以分為絕緣體、半導體和導體，大部分常見的金、銀、銅、鐵…等金屬都是良導體，在室溫下的電阻率非常小但一定不是零。但是假設當有某種材料達到某個特定溫度的時候，電阻突降為零而不發生熱損耗，同時所有外磁場磁力線被排出材料外，導致體內磁感應強度為零，即同時出現零電阻態和完全抗磁性，這種超越一般導體的材料名稱也取的很直接，就叫超導體(superconductor)。

超導的發現起源於1911年，荷蘭科學家卡末林—昂內斯意外發現用液氦冷卻汞，當溫度下降到4.2K（﹣268.95℃）水銀的電阻完全消失(絕對溫度0K=-273.15℃)，這種現象稱為超導電性。

超導體依目前發現的種類可分為低溫超導、高溫超導、常溫超導三大類，並以線材與塊材型態為主，線材用於電力傳輸、塊材用於磁浮用途，低溫超導與高溫超導的分類以是否可為液態氮(沸點-196.15℃)冷卻作為區隔，因為低於液態氮的冷卻極限就需要使用液態氦，其成本非常高昂(液態氮每公升約25元，比超商的礦泉水便宜)。

具有實用價值的低溫超導元素是Nb(鈮)，以鈮鈦（Nb-Ti）和鈮三錫（Nb3Sn）合金為主要代表，實現溫度約18~23K(-255.15~-250.15℃)，而高溫超導直到1987年由華人朱經武和吳茂昆院士的研究團隊發現了臨界溫度90K（-183 ℃）的釔－鋇－銅－氧的類陶瓷氧化物（Y-Ba-Cu-O, YBCO）才有了突破性的發展，常溫超導則是近年才有基礎成果，由美國羅切斯特大學的艾略特·斯尼德(Elliot Snider)團隊透過將碳，硫和氫結合起來，生成碳氫硫化合物，在壓力為270,000Mpa時(MPa=0.102 kg/mm2)，實現超導溫度為15℃，但這目前還不實際，畢竟常態下的高檔的粉末高速鋼ASP23的最高承壓也才3,200Mpa，什麼環境下才能達成這麼高壓呢？

而材質以鈮鈦（Nb-Ti）和鈮三錫（Nb3Sn）的低溫超導線因具備延展性，因此可以塑性成形的角度來生產製作(高溫超導以鍍層線材表面為主)，一般而言低溫超導線內部的Nb-Ti纖維絲少則10條，多則2~3000條，因此生產時要先由纖維絲著手，而這些纖維絲並不是一開始就這麼細(直徑約0.01 ~0.03mm)，而是透過將表面清洗乾淨實心的Nb-Ti棒裝入銅管內(整體直徑3、5、7吋都有)，前後以銅蓋焊接後內部抽真空(避免加熱氧化)，再以靜液壓擠型的均壓模式擠出Nb-Ti包Cu套的長棒材，並抽成5~30mm的六角棒，接著將這些六角棒整齊排列放入銅管並前後封焊抽真空，再次經過靜液壓擠型然後抽成具備很多Nb-Ti纖維絲的細線(約0.5~1mm)，最後在組裝冷卻管等系統成為一條合格的超導線。