1.3 导体、绝缘体、半导体和超导体

1.3.1 导体和绝缘体

有的物体容易导电，有的物体不容易导电，容易导电的物体叫作导体。金属、石墨、人体、大地以及酸、碱、盐的水溶液等都是导体。相应地，不容易导电的物体叫作绝缘体。橡胶、玻璃、陶瓷、塑料、油等都是绝缘体。电线的芯线是用金属来做的，因为金属是导体，容易导电。电线芯线外面包上一层橡胶或塑料，因为它们是绝缘体，能够防止漏电。

导体和绝缘体之间并没有绝对的界限。而且在一般情况下，不容易导电的物体当条件改变时就可能导电。例如，玻璃是相当好的绝缘体，但如果给玻璃加热，使它达到红炽状态，它就变成导体了。

1.3.2 半导体

导体和绝缘体之间没有绝对的界限，绝缘体并非绝对不导电，只是绝缘体的电阻率很大。在室温下，金属导体的电阻率一般约为10-8～10-6Ω·m，绝缘体的电阻率一般约为108～1018Ω·m，长为1m、横截面积为1×10-4m2的一段绝缘体，两端加以1V电压，通过的电流约为10-14～10-4A，可见电流是多么微小了。

有些材料，它们的导电性能介于导体和绝缘体之间，而且电阻不随温度的增加而增加，反随温度的增加而减小，这种材料称为半导体，半导体的电阻率约为10-5～106Ω·m，锗、硅、砷化镓、锑化铟等都是半导体材料。半导体的导电性能可以由外界条件所控制，如改变半导体的温度、使半导体受到光照、在半导体中加入其他微量杂质等，都可以使半导体的导电性能成百万倍地发生变化。这种性能是导体和绝缘体所没有的，正因为半导体具备这种特性，人们用半导体制成了热敏电阻、光敏电阻、晶体管等各种电子元件，并且发展成为集成电路。把晶体管以及电阻、电容等元件同时制作在很小的一块半导体晶片上，并且把它们按照电子线路的要求连接起来，使之成为具有一定功能的电路，这就是集成电路。

1.3.3 超导体

金属的电阻率随温度的降低而减小。人们发现，有些物质当温度降低到绝对零度附近时，它们的电阻率会突然减小到无法测量的程度，可以认为它们的电阻率突然变为零，这种现象叫作超导现象，能够发生超导现象的物质称为超导体。材料由正常状态转变为超导状态的温度，叫作超导材料的转变温度Tc。例如铅的转变温度Tc＝7.0K，水银的转变温度Tc＝4.2K，铝的转变温度Tc＝1.2K，镉的转变温度Tc=0.6K。

超导体的电阻率几乎为零，如果用超导体材料制成一个闭合线圈，在这个线圈里一旦激发出电流，不需要电源，电流就可以持续几十天而不减小，并且发热功率很小。

在远距离输电中，在很长的输电线上白白地消耗掉大量的电能，如果使用超导输电线，将可避免电能的大量消耗。在大型的电磁铁和电机中，通过线圈的电流很强，损耗的电能很多，如果用超导材料做成线圈，损耗的功率大大降低，则可以制成强大功率的超导电磁铁和超导电机。各种电子器件如果能实现超导化，将会大大提高它们的性能，电子计算机实现超导化，将使个人计算机具有超级计算机的性能，超导体的应用具有十分诱人的前景。

超导材料的转变温度很低，要维持这样低的温度，在技术上是非常困难的。几十年来，科学家们积极进行高温超导的研究，我国的研究工作走在世界的前列，在1989年，我国科学家发现了转变温度Tc=130K的超导材料。目前在世界范围内掀起了高温超导研究的热潮，期望得到在室温下就能工作的超导材料，以便使它能有广泛的实际应用。