宣布时间：2022-02-16点击：1897
任何导体在常温下都具有一定的电阻，然而，某些常温金属，如铅、锡、铌平划分冷却到某个特定的极低温度以下时，金属两端所泛起的电阻突然消失为零，即丧失了任何电阻，这就是超导效应。低温超导质料具有低超导转变温度(Tc＜30K)，可在液氦温度下事情。超导体的基本特性包括零电阻效应、迈斯纳效应和约瑟夫森效应等。
目前，已发明有46种元素（常压下32种、高压下14种）和几千种合金、化合物可以称为超导质料。
超导体不但在临界温度下具有零电阻特性，并且在一定的条件下具有通例导体完全不具备的电磁特性，因而在电气与电子工程领域具有广泛的应用价值。我国在超导质料及其应用领域总体上处于国际先进行列，基本掌握了种种实用化超导质料的制备技术，在多个应用方面也取得了良好的生长。我国超导质料及其应用领域将不绝探索更高临界温度的超导体，提升超导质料及其应用技术的生长水平。
经历了100多年的研究，人已经发明了多达数万种超导体。凭据超导体的临界温度，可以将超导体分为低温超导体和高温超导体，临界温度低于25K~30K超导体为低温超导体，临界温度高于25K~30K超导体为高温超导体。目前，基于低温超导质料的应用装置一般事情在液氦温度（4.2K及以下），基于高温超导质料的应用装置一般事情在液氢温度（约20K）至液氮温度（约77K）之间。
超导质料的生长现状及前景
如今已经发明了数万种超导体，但真正具有实用价值的超导体并未几。目前获得应用的低温超导体主要包括NbTi、Nb3Sn、Nb3Al等，具有实用价值的高温超导体主要包括：
铋系（BSCCO，Tc约90K-110K，也称为***代高温超导质料，主要包括BSCCO-2212和BSCCO-2223两种，也简称Bi-2212或Bi-2223）。
钇系（Tc约90K，YBCO或ReBCO，也称为第二代高温超导质料）。
进入21世纪以来，MgB2（Tc为39K）和铁基超导体（Tc***高为55K）相继被发明，成为两种新的具有实际应用潜力的超导体。
低温超导质料生长现状与前景
超导质料主要包括NbTi、Nb3Sn、Nb3Al等。自上世纪60年代以来，其制备技术与工艺已经相当成熟，并推动了如加速器磁体、核聚变工程用超导磁体、核磁共振（MRI和NMR）磁体、通用超导磁体等的生长，并由此形成了具有一定规模的超导工业。目前，美国、欧盟和日本等国家和地区已经有一大批的企业可以生产种种面向差别应用需求的低温超导质料。2006年，我国加入了国际热核聚变实验堆（ITER）计划，从而使我国低温超导质料的生长迎来了***的机缘。ITER项目极大推动了我国低温超导质料的生长，也为我国自主开发MRI、加速器和核聚变磁体提供了超导质料供应的包管。
尽管受到高温超导质料不绝生长的挑战，可是低温超导质料在批量化加工技术、本钱、使用稳定性方面的优势无可替代。且随着制冷技术的不绝生长，也使得低温超导装置对液氦的依赖水平逐渐降低，低温超导质料在今后相当长的时间内仍将是***主要的超导工业支柱性质料。由于低温超导质料的性能水平和工艺路线已经相当成熟，国际上的竞争主要来自产品性价比的竞争。我国西部超导质料科技有限公司已经在低温超导质料的生产方面形成了自身的竞争优势，今后将进一步凭据应用需求不绝优化工艺和提高质料的性能水平，特别是围绕中国聚变工程实验堆（CFETR）、超等质子对撞机（SPPC）和海内MRI市场生长需求，形成与海内需求相匹配的生产能力。
在十四五前瞻结构前沿新质料研发的生长重点中，低温超导质料也有被提出。
高温超导质料生长现状与前景
●Bi系高温超导质料●
自上世纪末乐成接纳粉末套管法制备出长带以来，Bi-2223超导带材的制备技术已经日趋成熟。海内外具备了批量化生产千米级长带能力的公司有美国超导公司（AMSC）、北京英纳公司（INNOST）、德国布鲁克公司（BRUKER）、日本住友电气公司（SUMI TOMO）等多家公司。2006年，日本住友电气公司组建了30MPa的冷壁式Cont roll ed Over pressur e（CT-OP）热处理计划，乐成制备临界电流抵达150A的带材，这一结果引起了世界同行的极大关注。目前，住友电气已经可以生产出临界电流抵达200A的千米级Bi-2223超导带材，这是Bi-2223目前所抵达的***高水平。到目前为止，世界上Bi-2223带材的年生产能力总和已达千公里以上，为高温超导电力应用技术的生长打下了坚实的基础。下表列出了目前海内外主要的Bi-2223供应商提供的超导带材的性能。
Y系高温超导质料●
YBCO（或ReBCO）超导体在磁场下的性能比Bi-2223更为优越，它在77K下的不可逆场抵达了7T，横跨Bi-2223一个量级，因而近年来受到了更多的关注�；竦酶咝阅艿牡诙呶鲁迹╕系）带材的主要障碍是弱连接问题，相邻的YBCO晶粒间的晶界角是决定超导体能否承载无阻大电流的要害。另外，由于YBCO的电流传输主要在其a-b面内，因此要获得高性能的第二代高温超导带材，必须先在柔性的金属基带上制备出c轴笔直于基带外貌的强立方织构的YBCO层。而长标准的强立方织构YBCO的获得一般需要接纳涂层技术的外延生长，因此YBCO超导带材也被称为涂层导体。
●铁基超导质料●
与Bi-2223一样，铁基超导带材的制备一般也接纳粉末装管法（PIT法）。目前，海内外从事铁基超导线带材研究的主要单位为中国科学院电工研究所、美国佛罗里达州立大学、日本国立质料研究所、东京大学、意大利热那亚大学、日本工业技术综合研究所、澳大利亚卧龙岗大学等。其中，中国科学院电工研究所在高性能铁基超导质料的研制中一直走在世界前列。2014年，中国科学院电工研究所***将铁基超导线带材的临界电流密度提高到105A/cm2（4.2K，10T），抵达实用化水平。
另外，通过对制备历程中涉及的相组分与微结构控制、界面复合体均匀加工等要害技术的系统研究，解决了铁基超导线规�；票钢械木刃浴⑽榷ㄐ院椭馗葱缘燃际跄训�，并于2016年乐成制备出长度抵达115m的7芯铁基百米长线（如下图所示），该事情被誉为是铁基超导质料从实验室研究走向工业化进程的里程碑，涤讪了铁基超导质料在工业、医学、国防等诸多领域的应用基础。
超导应用技术生长现状与前景
●超导电力技术生长现状与前景●
由于超导线的载流能力可以抵达100~1000A/mm2（约莫是普通铜导线或铝导线的载流能力的50~500倍），且其直流状态下的传输损耗为零，因此利用超导线制备的电力设备，具有损耗低、效率高、占空间小的优势。由于超导线在电流凌驾其临界电流时，会失去超导性而泛起较大的电阻率，因而用超导线制成的限流设备（超导限流器，FCL）可以在电网爆发短路故障时自动***短路电流的上升，从而有效�；さ缤参榷ㄔ诵�。别的，利用超导线研制的超导储能系统（SMES）是一种***的储能系统（效率可达95%以上），且具有快速高功率响应和灵活可控的特点，关于解决电网的宁静稳定性和瞬态功率平衡问题也具有潜在应用价值。
主要挑战
超导质料的性价比是否能够做到与古板的导电质料相近、低温制冷系统能否具有恒久运行的可靠性和稳定性。特别是，如果能够探索出更高临界温度的超导体乃至室温超导体，且这类新的超导体具有良好的电磁性能，那么超导电力技术的规模应用必将成为现实。
●超导磁体技术生长现状与前景●
强磁场条件有助于实现特有的功效和发明新的物理现象，因此在现代科学技术中有重要的应用价值。自从上世纪60年以来，随着实用化低温超导质料的发明，超导磁体技术获得了很大生长，并在核磁共振、大科学工程、科学仪器和工业装备等领域获得广泛的应用，并已经成为一门相当成熟的技术。
高能加速器是超导磁体在大科学工程中应用的一个重要的领域，如欧洲的LHC，美国的RHIC以及德国的DESY、GSI等高磁场加速器磁体系统已相继建成和投入运行。我国中科院高能物理研究所、兰州近代物理所、中科院等离子所、上海应用物理研究所围绕ADS和高能探测器等也开展了系列研究与开发。在核聚变领域，托卡马克（Tokamak）、仿星器（Stellarator）和磁镜（Mirrormachines）以及悬浮等离子体实验装置（LDX）也需要超导磁体作为支撑。
主要挑战
研制大口径高场核磁共振成像系统用超导磁体（9.4T及以上、口径800mm）、磁场强度达25T及以上的核磁共振谱仪用超导磁体以及超高场的通用超导磁体（30T及以上）。这些特种超导磁体的生长关于人类认识物质和生命的结构及运动纪律具有重要的意义。
●超导磁体技术生长现状与前景●
超导电子学应用主要包括微波通信应用、约瑟夫森结的种种应用及单光子探测等。与上述的超导电力技术及超导磁体技术应用差别，超导电子学应用主要是基于超导薄膜质料和超导纳米线等超导质料。目前，超导薄膜的制备（如Nb薄膜和YBCO薄膜）技术已经相当成熟，实验室制备超导薄膜已经成为研究超导物理的基础性实验手段。
来源：材易通
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