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1、铜氧化物超导材料

1986年超导照拂迎来首要打破，德国物理学别有肺肠地在本来绝缘的氧化物体系BaLaCuO中发现了滚动温度高于30K的超导体。随后，好意思国朱经武团队和中国赵忠贤团队孤苦发现了滚动温度高于液氮（K）的铜氧化合物超导体BaYCuO，激勉了铜基高温超导照拂的高潮。更多的铜基高温超导材料连接被发现，当今其滚动温度已进取160K。在常压下，Tc突出麦克米兰极限的超导体，被称为颠倒规超导体。

铜氧化物超导材料的共同秉性是具有层状结构，超导发生在其中的CuO层。CuO层两侧有La/Ba层、La/Sr层或BiSrCaCuO体系中的Bi/Sr层和Ca插层。铜氧化物的超导敏锐地依赖于氧含量。跟着氧含量的变化，载流子会被调控，出现除超导态之外的其他复杂电子相，如反铁磁、赝能隙、奇异金属、费米液体等。

（1）Bi系超导材料

Bi系铜氧化物超导体是一种准四方晶系，由一系列类钙钛矿型结构单元ABO3和BiO双层构成。在晶体结构中，[CuO2]层为超导层，其他层为载流子库层。凭证材料中[CuO2]层数的不同，Bi系超导材料分为Bi2201（[CuO2]的层数为1）、Bi2212（[CuO2]的层数为2）和Bi2223（[CuO2]的层数为3）等。Bi2212和Bi2223因其临界温度高、成材性能较好、载流能力好等优点得到了浅近的应用照拂。

Bi2Sr2CaCu2O8+δ（简称Bi2212）Tc约85K，HC2大于100T（4.2K），在低温高场条款下具有极高的载流性能。在液氦温区45T的磁场条款下，临界电流密度仍然不错达到266A/mm2。同期，Bi2212是咫尺唯独不错被制备成各向同性圆线的铜氧化物高温超导材料，使其在应用经由中，不错依托低温超导材料征战绞缆或磁体绕制期间，且无需酌量横截面方朝上的各向异性问题，极地面简化了导体和磁体规划经由。另外，Bi2212的圆线结构更容易已毕多芯化和电缆绞制，从而裁汰疏通损耗，比拟其他扁带结构的高温超导材料，更故意于制备管内电缆导体、卢瑟福电缆和螺线管线圈。因此，Bi2212被合计是低温高场下最具应用前程的高温超导材料之一。

粉末装管法（powder-in-tube，PIT）为咫尺的主流工艺（撤回REBCO材料外其他主流超导材料均禁受此工艺）。Bi先制备具有高Bi-2212含量的先行者体粉末，再将其装入纯银管中，经过旋锻、拉拔加工成单芯线材，然后按照规划结构，使用纯银管或银合金管经过屡次拼装得到多芯线材，终末经过拉拔加工成一定尺寸的具有各向同性圆形截面的线材。

咫尺已有多家公司和照拂机构具备Bi2212线材的批量化制备能力，主要包括好意思国牛津仪器公司（BOST）、欧洲耐克森（Nexans）公司、日本昭和电线电缆株式会社和西北有色金属照拂院等。BOST研制的Bi2212线材的工程临界电流密度（Je）在液氦温区45T磁场下仍能保合手266A/mm2，这标明Bi2212线材颠倒相宜于超高磁场条款下的应用。西北有色金属照拂院研制的线材在4.2K，14T磁场下的Je达到60A/mm2。

Bi2Sr2Ca2Cu3O10（简称Bi2223）高温超导材料是咫尺临界滚动温度（Tc＝108~110K）最高的实用化高温超导材料。Bi2223晶体结构为层状，超导电性具有热烈的各向异性，内容使用时以扁形带材为主。Bi2223带材禁受粉末装管法经过旋锻、拉拔、轧制和热处分加工成带材，是最初已毕批量化制备的实用化高温超导材料。咫尺Bi2223带材照旧告捷应用于液氮下运转的发电机、传输电缆、分流电压器、故障电流放置器、电动机以及储能安设等诞生中。零碎是在德国埃森（Essen）市挂网运转的超导电缆，告捷阐述了该类材料在电网中长久踏实运转的能力。

好意思国超导公司基于其对化学组分和工艺的精准轨则以及后退火期间的征战，在海外上率先已毕了在K自场条款下传输电流100A的打破，一度处于领跑地位。但2004年日本住友电气工业株式会社征战出可控高压热处分期间，将其带材的载流性能从100A驾驭，连忙擢升到250A以上。国内开展Bi2223带材

的主要照拂单元为北京英纳超导期间有限公司和西北有色金属照拂院。咫尺，国内Bi2223带材的载流性能基本踏果然100A，与日本住友电气工业株式会社带材差距较大。

（2）REBCO超导材料（主流二代高温超导材料）

YBCO为主流的高温超导材料。稀土钡铜氧化物（rare earthbarium copper oxide，REBCO，RE为稀土元素，YBCO即为钇（Y）基的REBCO材料）带材，即第二代高温超导带材经过30年的期间发展形成了一种典型的多层复合结构。二代带材领有高妙导滚动温度、高载流能力、高不行逆场以及低价的分娩原料等上风，是产生强磁场或应用在强磁场环境中的关节材料之一。以聚变磁体需求为牵引，好意思国政府高度兴趣超导带材的批量制造。2023年和2024年，好意思国动力部（Department of Energy，DOE）先后干预9000万好意思元用于原土化制造高性能超导带材，策动已毕高性能、低老本、高效产出及原材料高诈欺率等。

YBCO的晶体结构较为复杂，因此需要多种缓冲层。由于YBCO的结构具有较强的各向异性，电流传输主要集合在ab面内，因此除了面内具有较小的品界角之外，品粒取向的所在亦然很要紧的。因为YBCO和金属基底存在着晶格不匹配，还存在着一定的化学响应因此，必须在YBCO和金属基底之间增多一系列缓冲层和圮绝层，以阻化学响应并改善品格匹配性。金属基带是涂层导体的载体，起到复旧保护、提供织构模板的作用；缓冲层主要承担传递织构和化学圮绝两大任务；YBCO超导层是统统涂层导体的中枢，其成膜质地的优劣径直影响涂层导体的性能。分娩经由及工艺如下：

1）基带加工：YBCO触及工艺种类较多。基带的制备期间主要包括不依赖真空期间的RABiTS和以高真空期间为基础的IBAD期间以及歪斜基板千里积期间（ISD）；缓冲层千里积制备期间大体可分为以真空期间为基础的物理千里积期间（PVD）和非真空的化学溶液千里积期间（CSD）两大类，咫尺YBCO层的制备期间蹊径主要有几大类：金属有机物千里积（MOD）期间、金属有机圆寂学气相千里积（MOCVD）期间、电子束挥发（EV）期间和脉冲激光千里积（PLD）期间。

IBAD为基带制作的主流期间。时时要在柔性金属基底（时时为50~100mm厚）上制备出具有立方织构的超导层，最初要得到具有肖似立方织构的基底，然后外延滋长小于1μm厚的多层缓冲层，终末外延千里积1~4μm厚的YBCO超导层。基带制作咫尺有IBAD、歪斜衬底千里积ISD、RABiTS期间。其中IBAD期间使用得相对更浅近。

IBAD工艺为类半导体工艺。通过离子束轰击靶材，将靶材挥发并千里积到金属基底上。同期，赞成离子束以特定角度轰击薄膜，轨则晶粒滋长所在，形成双轴织构的种子层。其系统禁受双离子源树立，一个用于靶材千里积，一个用于赞成薄膜滋长。薄膜的取向受千里积厚度、离子束能量和入射角度的影响较大。

2）制备缓冲层：YBCO带材的缓冲层要和金属基带、YBCO超导层匹配，且热踏实性、化学踏实性和抗氧化性好，能结巴元素的互相扩散。海外上通用的缓冲层的结构包括5层：无定形的Al2O3和Y2O3算作形核层、IBAD-MgO层、高度自外延的MgO层、LaMnO3薄层。

缓冲层的制备措施繁密，主要分为物理气相千里积法（PVD）和化学溶液千里积法（CSD）。物理气相千里积法制备的薄膜平整缜密、孔洞较少、织构也好，禁受物理法制备的缓冲层材料主要包括：CeO2（Sputtering或PLD）、Y2O3（Sputtering或PLD）、MgO（IBAD）、YSZ（Sputtering或IBAD）、Gd2Zr2O7（IBAD）、La2Zr2O7（LZO）、SrTiO3（STO）、LaMnO3（LMO，Sputtering或PLD）

3）滋长超导层：超导层为中枢。在第二代高温超导带材中，超导层是电流传输层，真钱投注app平台是统统涂层导体的中枢，其性能的优劣径直影响涂层导体的内容应用，这就要求超导层要有尽可能高的临界电流密度。制备措施有许多种，包括物理气相千里积（如PLD、Sputtering等）、化学气相千里积（如激光CVD、MOCVD）、化学溶液法（如激光MOD、喷雾热解法）、响应共挥发（reactive co-evaporation，RCE）法、液相外延（LPE）法等，如LPE法、喷雾热解法以及溅射法等被证明注解难以诈欺。

2、NbTi和Nb3Sn（主流的低温超导材料）

NbTi和Nb3Sn是咫尺主流的低温超导材料。参照《西部超导招股证明书》，NbTi是二元合金，具有精湛的加工塑性，很高的强度，制酿老本低，临界磁场低，主要用于10T以下磁场；Nb3Sn是金属间化合物，属于脆性材料，制酿老本高，然而临界磁场高，主要用于10T以上的磁场。

NbTi超导材料一般禁受冷加工工艺。NbTi为单相β型固溶体，其上临界磁场（Hc2）在4.2K约为12T。NbTi超导体一般禁受熔真金不怕火措施加工成合金，再使用集束拉拔工艺将其加工成以铜为基体的多芯复合超导线，终末通过结合时效热处分的冷加工工艺，得到由β单投合金滚动为具有强钉扎中心的两相（α+β）合金的结构，其中α析出相算作钉扎中心提高材料的临界电流密度。

NbTi超导线材性价比高、性能踏实，使其成为咫尺液氦温区使用最浅近的低温超导材料，被浅近应用于核磁共振成像仪（MRI）、核磁共振波谱仪（NMR）和大型粒子加快器的制造。在咫尺的实用化超导材料中，NbTi超导线材由于具有优异的中低磁场超导性能、精湛的机械性能和加工性能，在扩充中得到了大范围应用，因此具有颠倒大的阛阓份额，其用量占统统超导材料阛阓的90%以上。

Nb3Sn超导线材的制备措施主要有内锡法和青铜法。Nb3Sn是一种典型的具有A15型晶体结构的金属间化合物，具有较高的超导滚动温度TC（~18K），上临界磁场Hc2不错达到2T。

Nb3Sn制备中，内锡法Nb3Sn超导线材临界电流密度更高，然而由于芯丝耦合严重，其疏通损耗也随之增高；青铜法Nb3Sn超导线材临界电流密度适中，然而由于芯丝时时不耦合，其疏通损耗较低。因此这两种线材领有不同的应用鸿沟。海外上Nb3Sn超导线材主要由德国Bruker公司、日本JASTEC公司和古河电气工业株式会社以及我国的西部超导公司进行研发并批量化分娩。德国Bruker公司研发及分娩的内锡法Nb3Sn超导线材是咫尺临界电流密度最高的商用超导线，其临界电流密度在4.2K，12T下最高达到3000A/mm2。

青铜法Nb3Sn导线的主要分娩厂商为日本JASTEC公司和古河电气工业株式会社，其研制的先响应后绕制的青铜法Nb3Sn超导线材和高机械性能的增强型青铜法Nb3Sn超导线材，有用提高了超导磁体制造的方便性、踏实性和安全性。

3、MgB2

MgB2是2001年发现的超导滚动温度为39K的金属间化合物超导体，具有联系长度大、晶界不存在弱勾通、材料老本低、加工性能好等优点。尽管其临界温度较低，然而MgB2超导材料不错责任在制冷机温度范围内（10~20K），因此不错开脱复杂腾贵的液氦冷却系统。MgB2超导体可用于磁共振成像（MRI）系统、特殊电缆、风力发电电机以及空间系统驱动电机等鸿沟。

意大利的艾森超导（ASGSuperconductors）公司禁受先位法粉末装监工艺制备出12~3芯Cu/Ni基MgB2多芯线材，在20K，1.2T的临界电流密度（JC）可达1000A/mm2。好意思国的HyperTech公司禁受一语气粉末填装与成形工艺制备出单根长度大于3km的Monel/Cu/Nb基多芯MgB2线材，其Jc值在25K，1T达到2000A/mm2。日本的日立（Hitachi）公司和韩国的三东（SamDong）公司也已形成千米级MgB2线材的分娩能力。西部超导材料科技股份有限公司和西北有色金属照拂院莽撞制备千米量级长度19芯及3芯结构的MgB2长线，其工程临界电流密度（Je）在20K，1T下达到250A/mm2。

4、铁基超导材料和有机超导体

自2008年铁基超导体被发现以来，已接踵发现了上百种铁基超导材料，这些超导体的晶体结构均为层状，皆含有Fe和氮族（P，As）或硫族元素（S，Se，Te），Fe离子为荆棘两层正方点阵胪列式样，氮族或硫族离子层被夹在Fe离子层间。按照导电层以及为导电层提供载流子的载流子库层交叉堆叠式样和载流子库层的不同形成机制，主要分为1111体系（如SmOFeAsF，NdOFeAsF等）、122体系（如BaKFeAs，SrKFeAs等）、111体系（如LiFeAs）、11体系（如FeSe和FeSeTe）以及1144零碎为代表的新式结构超导体等体系。铁基超导体具有上临界场极高（100~250T）、各向异性较低（1<γH<2，122体系）、本征磁通钉扎能力强等许多昭彰的上风。

1964年，Little表面瞻望有机物中存在着超导电性，且其TC表面上可达到室温，提倡了假念念模子。1980年，Jerome等发现了第一个有机体系的超导材料四甲基四硒富瓦烯（（TMTSF）PF6），TC为0.9K。1988年底，Urayama等发现了Tc高于10K的有机超导体（BEDTTTF）2Cu（SCN）2。1989

年，Ishigoro和Anzai整理了其时有机超导体的发展现象，于论文中累计列出31个有机超导体，而在其论文发表之后不到两年时刻中又发现了9个新的有机超导体，TC提高到了12.5K。1991年，Ebbesen等通过碱金属掺杂C60单晶的式样，得到了一系列TC较高的超导材料，其中Cs3C60TC达到了40K。2001年，Schon等发现了用CHCl3和CHBr3插层拓展C60单晶，得到的C60单晶具有多孔名义，TC达到了11K。

有机物超导材料的优点在于其密度低、分量也相对轻，其中典型的是具有三维结构的C60类超导材料，其实用后劲颠倒大。咫尺的主要问题包括制备贫寒，易氧化变质，不易保存等，其主要责任依旧处在本质阶段。咫尺，科学家们仍发奋于探寻高TC且实用能力强的有机超导材料。