rebco超导材料及各国超导产业发展

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1、ReBCO超导材料及各国超导产业发展ReBCO超导材料及各国超导产业发展1986年，高温超导体的发现，使得铋锶钙铜氧（BSCCO）超导材料得到了深入的研究，并在多个超导样机与示范线中得以应用，但BSCCO材料本身的特性及原料成本限制了其大规模应用。由稀土（RareEarth，Re）、钡（Ba）、铜（Cu）、氧（O）元素组成的第2代的高温超导材料，统写为ReBCO，可以在较高的温度与磁场下使用，在性能上具有明显优势，同时随着工艺的成熟，成本也有望低于BSCCO，因而成为新的研究重点。　　稀土元素是一类元素的合称，包

2、括元素钪、钇和镧系元素，共17种元素。因此，在ReBCO化学式中，Re可被任一稀土元素替代，如钇（Y）、钆（Gd）、钐（Sm）等。YBCO是目前研究最多，并已成功实现商品化的第2代高温超导材料，带材是最主要的应用形式。不管Re被哪一种具体元素替代，ReBCO超导带材的结构都包括基板、缓冲层、超导层和保护层。以YBCO高温超导带为例，对ReBCO超导带材的结构作进一步的阐述。YBCO超导带材是在合金基板上沉积YBCO超导薄膜，基板材料一般为镍（Ni）合金，如哈氏合金（HastelloyC）。超导层与基板之间具有缓冲

3、层，缓冲层为YBCO的生长提供织构模板，有益于提高YBCO的载流能力。缓冲层又可细分为籽晶层、阻挡层及模板层。为了保护超导层，通常还需在YBCO层上制备一层或多层保护层。　　真空沉积技术是制备缓冲层的主流方法，以离子束辅助沉积（IBAD）最为典型，溅射法（Sputtering）、脉冲激光沉积法（PLD）、蒸发法（Evaporation）等常规真空制膜技术也可用于缓冲层的制备，常见的缓冲层材料有氧化铈（CeO2）、钇稳定氧化锆（YSZ）、钆锆氧化物（GZO）、氧化镁（MgO）等，具体见表1[1-3]。超导层是实现超

4、导性能的核心层，PLD及TFAMOD（三氟乙酸盐金属有机物法）是目前最主要的制备方法。相比于PLD法，TFA-MOD法更适合规模化制备ReBCO超导薄膜，是当前重点发展方向之一[4]。保护层材料一般为导电导热性好且具有一定机械强度的金属材料，如银（Ag）-Cu复合材料或Ni合金等。　　一、ReBCO生产厂商　　表2[5-7]列出了国内外著名的ReBCO超导带材生产产商、产品结构及制备方法。AMSC是生产超导带材的龙头企业。2007年以前，AMSC以一代BSCCO超导带材作为其核心产品；2007年后，AMSC将重点

5、转移至YBCO带材，同时停止BSCCO超导带材的生产。迄今，AMSC生产的带材已在多条超导电缆中应用。　　美国Superpom宽度的超导带材。根据不同的用户需求，可分切至不同的厚度。与AMSC不同，Superpo.收集整理　　日本藤仓公司是生产ReBCO超导带材的典型代表，同时也是IBAD技术的首创者。目前，藤仓公司已实现数百米级ReBCO带材的制备能力，承担了日本多个国内国家科研项目。　　韩国SuNAM公司成立于2004年，其后发展迅猛，2007年开发了高温超导带材高速沉积实验系统，2009年建立了二代ReBC

6、O高温超导带材生厂线，2012年即实现了千米级ReBCO超导带材的制备能力。　　随着ReBCO超导带材制备技术的日趋成熟，已有多个以其为核心的超导电力装置得以示范运营，见表3[8，9]。　　二、各国超导政策[10-13]　　目前ReBCO相关超导产品仍处于示范运行或样机状态，2007年以前，高温超导产品主要以Bi系超导材料作为载体。2007年后，以ReBCO超导带材为核心的超导产品逐渐开始出现。纵观国内外发展情况，ReBCO超导带材生产厂家主要集中在美、日等国，其掌握核心技术的同时，发展速度迅猛，而我国在带材生产

7、及相关示范产品的基础相对薄弱。　　1.美国　　美国先后出台了《电力系统超导计划（1998年）》、《超导伙伴计划SPI（1993年）》、《GRID2030计划（2003）》等超导相关政策，并于2005年和2006年分别发布了《2005-2009财年的超导电力系统项目计划》与《超导技术基础研究需求报告》，从相关政策的数量与频繁程度，可以看出美国政府对超导技术的重视。美国总统奥巴马的绿色能源新政中更是提出：要建设横跨4个时区以超导电网和智能电网为主的全国统一电网（用超导电缆将东部、西部、德州电网3大电网连接），可以接入

8、包括风能、太阳能等在内的各种可再生能源，并能进行智能化管理，使整个动力系统发生变革，从而改善美国电力基础设施。在美国能源部（DOE）的资助及相关政府部门的协调下，各公司、大学与科研院所展开了密集的合作，如美国南线公司（South的超导电缆在美国国家电网公司通电运行（AlbanyProject）。320m超导电缆完全采用日本SEi公司的Bi系超导带材，并由SEI公司负责制造