铜与氧气反应的化学方程式( 二 )


我国科学家在铜基超导研究上也做出了重要贡献 。比如,1987年初,中科院物理所团队在钡—钇—铜—氧中发现了临界温度93K(约零下180摄氏度)的液氮温区超导体,并在世界上首次公布了元素组成,刮起了一阵研究液氮温区超导体的旋风 。
经过科学家的努力,虽然铜基高温超导材料的质量和性能不断提高,但它有两个致命的缺陷 。第一,作为一种金属陶瓷材料,它在柔韧性和延展性上远远不如金属材料,加工工艺也严苛,在材料机械加工等方面存在巨大的困难;第二,它可以负载的最大电流相对较低,无法在一些需要高电流强磁场的领域应用 。
铁元素作为典型的磁性元素,曾一度被认为是探索高温超导体的禁区 。2008年3月,日本的一位科学家无意中发现了铁基高温超导材料 。但由于日本科学家最早发现的铁基超导样品转变温度只有26K(约零下247摄氏度)——因为没有突破麦克米兰极限温度,还不能确定是铁基高温超导体 。
随后不久,我国科学家发现了临界温度超过40K的铁基超导体,突破了麦克米兰极限温度 , 证明铁基超导材料是继铜氧化物超导体之后的新型高温超导材料 。其中,中国科学院院士赵忠贤领导的研究小组利用高压合成技术高效地制备了一大批不同元素构成的铁基超导材料,转变温度很多达到50K(约零下223摄氏度)以上,并创造了55K(约零下218摄氏度)的铁基超导体转变温度纪录 。
我国科学家还对铁基超导体若干基本物理性质进行了深入研究,确认了它的非常规性 。铁基超导被确认为新一类高温超导体 , 引起了国际物理学界的极大关注 , 成为科学家研究的热点 。铁基超导材料也因其在交通运输、医学、国防等领域有广泛的应用前景,被《科学》杂志称为是目前最具有发展前景的新型高温超导体之一 。
目前,我国科学家在铁基高温超导体基础研究上处于世界前列 。
我国已率先研制出首根百米量级铁基超导长线
超导体要实现规模化的商业应用,将实验室的优势转化为产业优势,还少不了工程方面的工作 。值得欣慰的是,自2008年科学家发现铁基超导体以来,我国在铁基超导材料研究和制备上同样做到了领跑 。
研制铁基超导线的技术难点是找到均匀、稳定、可重复性的制备方法 。2008年,中科院电工所研究员马衍伟带领团队采用粉末装管法,率先制备出世界首根铁基超导线带材 。虽然其后验证发现其传输电流为零 , 说明这根线材没有太大意义,但团队由此找到了制备铁基超导线材的路径 。
2010年,马衍伟团队首创铁基超导前驱粉先位烧结工艺,为线材载流性能显著提升奠定了基?。?011年,研究团队解决铁基超导体的弱连接问题,提升了载流能力,并测得其临界传输电流达到180安培,相应临界电流密度超过25000安培/平方厘米 。
2012年 , 马衍伟团队进一步优化织构化铁基超导带材的制备工艺,大幅度提高了超导电流 , 其临界电流密度在10特斯拉的强磁场下达到17000安培,证明了铁基超导材料在强电应用上的巨大潜力 。
米级的铁基超导线性能不断提高,但铁基超导材料要走向大规模应用,还要制备出高性能长线 。
2015年,马衍伟团队成功研制出国际上第一根10米量级的高性能122型铁基超导长线,实现了铁基超导线带材制备的新突破 。不过,要达到实用级别,10米量级的铁基超导线还远远满足不了规模化制备需求 。
长线线材制备难点在哪里?“线带材越长,均匀性越难控制 , 这对超导线制备中的各项工艺技术都提出了很高的要求 。”马衍伟说 。

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