超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展如何？

目前高溫超導(dǎo)材料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展越來(lái)越成熟，據(jù)美國(guó)能源部（DOE）預(yù)測(cè)，到 2020

年低溫超導(dǎo)材料應(yīng)用市場(chǎng)將達(dá)到 45%，高溫超導(dǎo)材料市場(chǎng)占 55%；到 2030 年低溫超導(dǎo)材料

應(yīng)用市場(chǎng)將達(dá)到 31.3%，高溫超導(dǎo)材料市場(chǎng)占 68.7%。由此可見(jiàn)，在超導(dǎo)材料應(yīng)用領(lǐng)域，高

溫超導(dǎo)材料的*將會(huì)逐步擴(kuò)大。

超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展如何？

（一）低溫超導(dǎo)材料

目前應(yīng)用zui廣泛的低溫超導(dǎo)材料是 NbTi 和 Nb 3 Sn 超導(dǎo)線材。在歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)

劃（LHC 計(jì)劃）、核聚變裝置（ITER）及科學(xué)與醫(yī)療儀等需求的推動(dòng)下，NbTi 超

導(dǎo)體的工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用取得了重大進(jìn)展。在醫(yī)用超導(dǎo)磁共振成像裝置中，NbTi 超導(dǎo)線材

得到了廣泛應(yīng)用。法國(guó)阿爾斯通公司（Alstom）可以生產(chǎn)芯絲直徑 5μm 的 NbTi 超導(dǎo)體，電

流密度 Jc 可以達(dá)到 122/mm 2 （11T,1.7K）。德國(guó)真空熔煉公司（VAC）和意大利 Europa

Metalli SPA 公司生產(chǎn)的多芯 NbTi 超導(dǎo)線材電流密度 Jc 可達(dá) 2300-2600 A/mm 2 （5T,4.2K）。

（二）中溫超導(dǎo)材料

自 MgB 2 超導(dǎo)材料發(fā)現(xiàn)以來(lái)，學(xué)術(shù)界便給予了其極大關(guān)注。與銅氧化物高溫超導(dǎo)材

料相比，MgB 2 超導(dǎo)體的化學(xué)成分以及晶體結(jié)構(gòu)都更簡(jiǎn)單，同時(shí)材料還可以保證很高的臨界

電流密度。綜合考慮制冷成本和材料成本，MgB 2 在 20K-30K 溫區(qū)和中低磁場(chǎng)條件下具有很

好的應(yīng)用前景。目前在上關(guān)于 MgB 2 超導(dǎo)材料的研究發(fā)展很快，意大利哥倫布公司已經(jīng)

利用 MgB 2 多芯線批量生產(chǎn)了開(kāi)放式，磁場(chǎng)在 0.6 特斯拉左右的核磁成像裝置。此外日本及

美國(guó)均取得了一系列成果。

（三）高溫超導(dǎo)材料

在強(qiáng)電應(yīng)用方面，高溫超導(dǎo)材料還沒(méi)有形成正式、規(guī)?；膽?yīng)用。大部分以 BSCCO 為

基礎(chǔ)的應(yīng)用也是進(jìn)行一些應(yīng)用的嘗試。目前利用粉末套管法生產(chǎn) Bi-2223 帶材技術(shù)已經(jīng)比較

成熟，能夠生產(chǎn)出幾千米級(jí)的超導(dǎo)帶材。美國(guó)超導(dǎo)公司（ASC）、德國(guó)真空冶煉公司（VAC）

以及日本住友電工（SEI）都已經(jīng)具備批量化生產(chǎn)千米長(zhǎng)帶的能力。其中，美國(guó)超導(dǎo)公司（ASC）

在鉍帶的生產(chǎn)技術(shù)及批量化生產(chǎn)能力方面，均處于地位，所生產(chǎn)的高溫超導(dǎo)帶材zui

高臨界電流密度已經(jīng)超過(guò) 7.4 × 10 4 A/cm 2 （77K），百米長(zhǎng)帶的工程電流密度超過(guò) 1.4 × 10 4 A/

cm 2 （77K），千米長(zhǎng)帶的工程電流密度也達(dá) 1.0 × 10 4 A/cm 2 （77K）。但是由于這些 BSCCO

帶材均需要銀包套材料保護(hù)，因此成本很難降低。此外，由于 Bi 系材料一般在液氮溫度下

磁通運(yùn)動(dòng)劇烈，無(wú)法使用，因此 Bi-2223 長(zhǎng)帶材的應(yīng)用沒(méi)有得到推廣。目前，各國(guó)正在積極

研究在柔性金屬基帶上涂以 YBCO 厚膜的涂層導(dǎo)體（Coated Conductor），稱為 CC 導(dǎo)體或

者第二代高溫超導(dǎo)帶材，無(wú)論是物理方法還是化學(xué)方法制備的第二代高溫超導(dǎo)帶材都可以達(dá)

到千米級(jí)，但是成品率較低。這方面以美國(guó)，日本和韓國(guó)目前較為。

近期美國(guó)科研人員通過(guò)優(yōu)化超導(dǎo)材料的內(nèi)部缺陷，從而大大增強(qiáng)了材料的載流能力和臨

界溫度。2016 年 7 月 12 日，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Argonne）開(kāi)發(fā)了一種新方法，可以優(yōu)化

超導(dǎo)體材料內(nèi)部缺陷的排布，從而增強(qiáng)商業(yè)高溫超導(dǎo)線纜的載流能力。10 月 6 日，美國(guó)布魯

克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)表示，通過(guò)使用低能量質(zhì)子對(duì) FeSe 0.5 Te 0.5 薄膜進(jìn)行輻照，便可在

超導(dǎo)材料內(nèi)部產(chǎn)生級(jí)聯(lián)缺陷。這些級(jí)聯(lián)缺陷不僅可以使得鐵基超導(dǎo)材料的載流能力翻倍，而

且還稍微提高了材料的臨界溫度。

日本方面，2016 年 5 月 17 日，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（ NEDO）宣布，將

分四個(gè)主題進(jìn)行高溫超導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)開(kāi)發(fā)。

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