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双面高温超导带材研制成功

编辑:宁波豪恩检测仪器有限公司  字号:
摘要:双面高温超导带材研制成功
如今,超导技术越来越成为一种不可替代的具有经济战略意义和巨大发展潜力的高新技术,将会对国民经济和人类社会的发展产生巨大推动作用。

近年来研发成功的以YBa2Cu3O7-x(YBCO)为代表的新一代高温超导带材较之第一代Bi系带材,拥有更高的磁通钉扎能力,在磁场下的性能远优于Bi系带材。同时,YBCO带材是将YBCO薄膜生长在柔性的金属基带上,形成可卷绕、可承载大电流、具有层状结构的超导带,其载体材料一般为镍金属或合金基带,无需使用贵金属材料,因此其制备成本可以大幅降低。目前,新一代高温超导带材已成为全世界超导材料研究的热点。

研究表明,晶粒间夹角对YBCO薄膜临界电流密度的影响很大,当晶界角超过5°后薄膜电流承载能力会大幅下降,这就要求带材结构中的超导层晶粒排列相当整齐,这使得高性能YBCO长带材的制备条件非常苛刻,必须使用薄膜沉积方法制备。迄今,各研究机构都在不断探索以期得到成本更低、性能更高、长度更长的YBCO带材。

我国电子科技大学的科研人员最近研发出一种双面高温超导带材,这种带材是在合金基带的两面同时制备缓冲层和超导层薄膜。由于带材的厚度主要取决于基带,如能实现缓冲层和超导层薄膜良好的均匀性和双面一致性,将在几乎相同厚度的带材上实现其电流承载能力的成倍增长。因此双面高温超导带材的研制成功是进一步降低生产成本,提高带材电流承载能力的一个重要突破。

他们采用轧制辅助双轴织构基带作为衬底,采用反应溅射法来制备双面Y2O3双面种子层,通过引入水汽使Y原子在基带上氧化成膜,同时有效避免基带的氧化。通过对工艺参数的优化,他们成功地制备出了高质量的Y2O3种子层,其内外位向差在几度之内,大大改善了金属基带的双轴织构特性。同时,薄膜表面的粗糙度仅为2.8nm。在所制备的高质量种子层上采用溅射方法外延生长YSZ阻挡层和CeO2模板层,薄膜表面光滑,并具有良好的均匀性和双面一致性。采用双倒筒靶溅射法制备YBCO超导层,采用旋转结合轴向自动进退,改善了薄膜受热不均的现象,获得了高质量的双面高温超导带材。其中短样双面临界电流Ic之和超过了400A/cm-w,同时成功制备了长度超过1米,Ic>210A/cm-w的双面高温超导带材。已有的结果表明,随着缓冲层制备效率的进一步提升,有望在不久的将来实现百米级高性能高温超导带材的规模化生产。

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