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二代超导材料崛起
编辑:山东中聚超导材料科技有限公司  时间:2018-05-19


    科学家们预言,21世纪是二代超导材料的时代。据世界银行有关机构预测,2020年高温超导电缆将取代80%的城市传统地下电缆。目前,由金属管线内填充超导粉末铋系氧化物(BSCCO)而制成的第一代高温超导带材(又称铋系带材)已迈向商品化,但相当于铜导线100倍的高成本使其难以打入输电线市场。所以,各国正在努力研究开发在金属带状基底上镀上超导层钇系氧化物(YBCO)而制成的第二代高温超导带材(又称钇系带材),以降低成本和提高性能。

    较之第一代,第二代高温超导带材具有一系列明显的优势:物理特性上电流密度更高,发生超导的临界温度有进一步提高的潜能;交流损耗低,较容易通过一定形式来限制故障电流;最重要的是省去了贵金属银,理论成本远低于第一代。

    二代超导材料(带材)的研发历史

    1991年日本藤仓公司(Fujikura)采用离子束辅助沉积法(IBAD),真空条件下在柔软非织构的金属(一般为镍合金)带上获得了一层高度织构钇稳定的氧化锆(YSZ)膜,接着又用脉冲激光沉积(PLD)工艺,在该基带涂层上外延沉积了钇系氧化物YBCO,宣告第二代高温超导带材的问世。随后,美国洛斯阿拉莫斯实验室(LANL)对这些工艺进行了优化,于1995年宣布制成在77K温度下超导临界电流密度达到1MAcm2的短样,这一结果引起了世界范围的轰动,并吸引了越来越多的研究机构和科学家的介入。

    此后又经历了近十年缓慢而有成效的努力,第二代高温超导带材取得了突破性的进展,在织构型金属基带、多层过渡层(BufferLayer)、连续YBCO超导膜涂复等工艺技术和系统装备方面有了明显改善。2005年美国《科学》杂志报道,有3家公司宣布开发出新技术。位于马萨诸塞州的美国超导体公司(AMSC)采用高速制造超导导线技术,已制成10米导线,在77K温度下能携带272安培电流,而制成的30米长的导线可携带186安培电流;而位于纽约州的超级动力公司(IGCsuperpower)已生产出100米长导线,在77K温度下可携带100安培电流,并计划将于2006年开始生产1000公里二代超导导线。日本和德国的研究机构和企业也已先后研发成功100米长度量级的第二代高温超导带材,并接近大规模商业化应用的边缘。

    未来预测与典型国家和地区的规划布局

    美国洛斯·阿拉莫斯实验室超导带材研究计划负责人皮特森说:“二代超导材料无疑已可在实际中应用,仅仅存在成本稍高问题。”如果二代高温超导带材成本大大低于第一代高温超导这一优势能够实现,那么即使是最保守的电力公司也无法抗拒其吸引力。作为21世纪具有经济战略意义的高新技术,今后几年将是在未来的超导技术国际竞争中取得优势的关键时期,以美、欧、日、韩为代表的竞争愈发显得激烈。


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