超导原料正在依旧基础盘-低温超导原料固有成熟市集根源上，跟着新科技业态的不休显现，高温超导带材坐蓐技巧不休成熟、价值大幅消重，高温超导原料的范畴化操纵希望加快实行。

　　超导原料正在依旧基础盘-低温超导原料固有成熟市集根源上，跟着新科技业态的不休显现，高温超导带材坐蓐技巧不休成熟、价值大幅消重，高温超导原料的范畴化操纵希望加快实行。

　　，进而帮推环球超导原料工业完毕大幅的增进。与此同时，其稳定的技巧壁垒也希望正在一段时辰内隔离同质化的嚣张内卷，完毕团体工业处境的良性发扬。

　　超原料( metamaterials) 是一类人为电磁原料，它将人为策画的亚波长组织依照必定的空间排布来完毕特定的电磁呼应。超原料的崭露极大地加添了电磁波调控的自正在度，它能够完毕自然或化学合成原料所不存正在的电磁景色，如电磁隐身、涡旋光束出现、超透镜、全息成像等。平常超原料是采用金属和介质原料创造而成，原料自己的损耗是局限超原料本能的枢纽成分。

　　荷兰物理学家Onnes将超导界说为，正在必定温度前提下电阻倏忽磨灭的景色，处于超导形态的导体称为超导体，拥有这一本质的原料称为超导原料——也即正在必定的低温前提下露出出电阻等于零以及排斥磁力线的本质的原料。

　　超导原料的本质能够用3个物理参量来表征，即临界温度（Tc）、临界电流密度（Jc）和临界磁场（Hc）三者的干系，它们直接是互联系联的，这三个值越大，其适用性越高，操纵畛域越广。它们务必正在足够低的温度、不太高的磁场和不希奇大的电流密度下本领完毕上述本能，一朝冲破某个临界参数，原料有大概刹时从零电阻形成有电阻的形态，当然就欠好用了。三个临界参数中后两者决计了它的操纵场景畛域，而临界温度则是操纵的最大瓶颈——低温就意味着昂贵的造冷本钱。

　　除了拥有足够高的临界电流密度Jc，适用化超导原料还务必满意以下前提：(1)大的工程电流密度Je；(2)幼的各向异性；(3)低的调换损耗；(4)精良的热平静性；(5)精良的呆滞特色；(6)易于范畴化坐蓐；(7)低本钱等。

　　超导电性的厉重特点征求直流电阻为零、统统的抗磁性和宏观量子效应，这也是三个通例原料所不具备的本质。超导电机能够通过表加激劝，如磁场、泵浦激光、温度等权谋实行调控，于是超导超原料能够用来完毕电磁波的动态调控。超导原料正在能隙频率以下拥有极低的损耗，这有帮于办理超原料的损耗困难。

　　超导体的零电阻效应使它备受科研职员的青睐，并普及操纵于实际生涯中。因为没有电阻，超导体行动导体传输电流时没有能耗，是理思的导体。

　　第Ⅰ类超导体和第II类超导体的区别厉重正在于：a) 第II类超导体由寻常态转移为超导态时有一个中央态（羼杂态）；b) 第II类超导体的羼杂态中有磁通线存正在，而第Ⅰ类超导体没有。c) 第II类超导体比第Ⅰ类超导体有更高的临界磁场（Hc）、更大的临界电流密度（Jc）和更高的超导临界温度（Tc）。二者的性子区别是界面能的分歧。

　　按照原料的临界温度的崎岖能够分为低温超导原料、高温超导原料，低温超导体与高温超导体的造备伎俩有很大的分别。低温超导原料是拥有低临界转移温度(Tc30k)，正在液氦温度前提下管事的超导原料，分为金属、合金和化合物。低温超导线圈厉重是指用低温超导原料绕造而成的超导线圈，其平常采用液氦造冷，管事温区正在4.2k及以下。适用的低温超导原料厉重有铌钛（nbtii，Tc

　　中Bi系(BSCCO)（铋系）、Y系(YBCO/ReBCO)（钇系）和MgB2（二硼化镁）操纵最为普及，铁基超导体方面也很受合怀；Tc≥25K。此中，BSCCO被称为第1代高温超导原料、YBCO被称为第2代高温超导原料。从工艺上看，Bi系超导体拥有必定的上风，能够造备长达数千米的带材；从本能上看，Y系超导体正在77K下的不成逆场越过BSCCO两个量级；MgB2

　　是通例超导体中临界温度最高的，且硼和镁的价值低廉，是以它很有大概成为最具潜力的新型超导原料；铁基超导体因为拥有临界温度较高、临界电流密度高、各向异性幼等特色。

　　脉冲激光重积（pulsed laser deposition, PLD）道理是：高能脉冲激光聚焦并烧蚀靶材，靶材表面出现超热层，瞬时温度能够到达104K，靶材的种种组分简直同时蒸发，并敏捷向空间膨胀，出现溅射。靶材表面溅射出现的气态离子造成等离子体羽辉，等离子体羽辉由离子、电子、中性原子、原子团簇和分子等构成，羽辉正在间隔靶材不远的衬底上重积成膜。PLD技巧因其造备周期短、化学计量比恒定、工艺参数天真等出色特色而备受青睐。

　　高温超导行业工业链厉重征求上游原原料，整个涉及的金属元素诸如铋（Bi）、锶（Sr）、钇（Y）、钡（Ba）、硼（B）等以及镧（La）等稀土元素；中游为超导原料加工合节，厉重产物征求BSCCO、YBCO、铁基带材等，是高温超导行业的中枢；下游征求各样超导操纵产物，如超导电缆、超导磁共振、超导储能等，是超导行业的载体。

　　目前操纵的Bi系高温超导原料是一种准四方晶系，由一系列钙钛矿型组织单位ABO3和BiO双层构成；其厉重分为3种: Bi2Sr2CuO6+y(Bi-2201)、Bi2Sr2CaCu2O8+y(Bi-2212)和Bi2Sr2Ca2Cu3O10+y(Bi-2223)，其超导临界温度Tc划分为10K、85+和110+；其造备伎俩已相对成熟，厉重采用粉末套管法。目前，Bi系超导原料的厉重操纵原料有Bi-2212线带材，具备很高潜力的适用价钱。目前其临界电流密度Jc已到达200A/mm2。

　　先驱粉的质地直接影响到带材的传输本能, 行动超导带材造备历程中的先决前提, 奈何获取高质地的先驱粉是首要合怀的题目。目前常用于造备Bi-2212/Bi-2223先驱粉的工艺伎俩厉重有喷雾热解析法（Spray dried nitrate precursors)、共重淀法（Co-precipitation)、固相反响法。

　　Bi系带材存正在的题目：材创设时需用到巨额的银或银合金，其造备本钱高、各向异性大、不成逆场较幼，且载流才气正在表加磁场下快速消重，而表加磁场通常是高温超导原料操纵的硬性哀求。于是，其造备出的线材和带材存正在少少缺陷，高质地的Bi-2212/Bi-2223造品价值偏高，局限了其大范畴的操纵和增加。

　　铜氧高温超导体的呈现，对古板超导表面提出了厉格挑拨，至今仍是凝集态物理研商最前沿且最具挑拨的困难之一，钇（Y）系渐成可大范畴工业化的主流高温超导原料。

　　铜氧化物超导原料系统厉重征求汞（Hg）系、铊（Tl）系、铋（Bi）系和钇（Y）系等。它们存正在很多共性，此中一个配合特点是都拥有层状的晶体组织，即对超导起决计用意的CuO2

　　液氮温区超导的原料，此中汞（Hg）系、铊（Tl）系、铋（Bi）系超导体的最高临界温度均横跨100K，但因为各向异性度很高，局限正在强磁场处境下的操纵；此表，汞（Hg）系和铊（Tl）系由于含有有毒元素，进一步局限其操纵。二代高温超导带材的通式为REBa2Cu3O7-xREBCO，也即Y系超导原料/高温涂层导体，RE代表稀土元素，如镝(Dy)、钆(Gd)、钬(Ho)、钐(Sm)和钇(Y)等，此中以钇钡铜氧(YBCO)的研商最为长远。其通过柔性金属基带上的薄膜表延和双轴织构技巧发扬而来，办理了陶瓷性铜氧高温超导体的晶界弱连合和呆滞加工难等题目，是现在液氮温区运转下电磁本能较为杰出的适用化高温超导原料。

　　目前贸易化的第二代高温超导带材由金属基带、缓冲层、超导层、爱戴层等组成。此中金属基底的用意是使涂层导体获取更杰出的呆滞本能，厉重操纵镍基合金等，通常正在其柔性的金属基底上造备氧化物涂层。超导带材的技巧途径由织构缓冲层的技巧伎俩和超导层滋长工艺所决计。

　　缓冲层正在涂层导体中厉重有两个用意：一是阻碍基底中金属原子向超导层的扩散及超导层中的氧向基底的扩散；二是为超导层的表延滋长供给织构衬底，它哀求衬底务必为双轴织构，且与超导层的晶格成婚精良。

　　双轴织构能够正在造备过渡层时出现，也能够正在造备金属基底的历程中出现，其目前还无法直接造备拥有双轴织构的超导层，现正在多数操纵的伎俩是直接造备拥有双轴织构的基带，或正在造备超导层之前预先重积拥有双轴织构的模板层。双轴织构造备是涂层导体例备的中枢，其创设本钱占涂层导体创设总本钱的60%以上。目前厉重有三种工艺途径来设备缓冲层的双轴织构。

　　RABiTS技巧和IBAD技巧是国际上最厉重/主流的技巧途径。此中，RABiTS法管理的金属基带多为镍钨合金基带，拥有呆滞本能好、铁磁性较弱和本钱较低等甜头。IBAD是目前操纵畛域最广的模板层辅帮重积工艺，但造备历程中需求高贵的离子束天生修设和高真空的管事处境；哈氏合金和不锈钢是重积模板层伎俩所操纵的基带原料。

　　超导层是超导带材的中枢层，其造备程度直接决计着带材的电气本能。目前用于涂层导体的超导层造备伎俩厉重有金属有机物气相重积（MOCVD）、脉冲激光重积（PLD）、反响共蒸发重积（RCE）和金属有机盐溶液重积（MOD）等，均能够造备出高质地的超导层。PLD比拟于其他工艺，其滋长历程易于操纵，同时能够引入BaZrO3及Y2O3等级二相钉扎，大幅度提拔了带材的Jc。目前，征求中国正在内的多个国度曾经也许操纵PLD技巧滋长出上千米级长的YBCO带材，其临界电流Ic正在1000m内依旧很好的划一性。

　　相较于第一代高温超导带材，第二代带材正在77K下有精良的载流才气, 且正在强磁场中仍可依旧必定的本能, 冲破第一代Bi2223/Bi2212原料只实用于低场或低温的操纵局限，不但实用于直流高场磁体等规模, 也实用于多种需求用液氮实行造冷的大型超导调换器件, 例如超导电缆、超导变压器、超导电机、超导风力发电机等；除此除表，其基带可抉择价廉的Ni基合金, 乃至是通常的不锈钢带, 原料本钱拥有很大的消重空间, 能大幅度抬高性价比, 拥有大范畴操纵的市集潜力。

　　但二代高温超导也存正在工程上单根造备长度、量产本能不屈静、带材匀称性、接头以及造备本钱等题目，长刻日造二代高温超导带材走向工业化，这也是车载超导磁体率先采用较早成熟的Bi系带材绕造的一个理由。目前第二代高温超导带材厂商尚未统统办理超导接头题目，涂层导体车载超导磁体研商仍处正在磁体优化阶段，但正在磁悬浮列车上具有优异的操纵远景。

　　铜氧化物高温超导电性被呈现后，镍氧化物被以为是最有大概完毕高温超导电性的原料系统之一。2023年7月12日，《天然》杂志刊载中山大学王猛教化团队主导的科学收获：初度呈现液氮温区镍氧化物超导体-LaNiO1，正在14GPa压力下崭露超导电性，最高温度到达80K，横跨液氮沸点。这是中国科学家正在环球率先呈现的全新高温超导系统，是人类目前呈现的第二种液氮温

　　MgB2（二硼化镁）正在20世纪50年代初初度合成，是拥有六方型晶体组织的金属间化合物。其组织单纯，造备本钱低，可承载电流高，各向异性也比Bi系和Y系幼得多，联系长度较大，不需求高度织构，可采用低本钱的粉末套管法工艺造备。

　　目前MgB2超导线带材采用多芯线的组织实行造备，研估客员多从先驱体掺杂和造备工艺两个对象对MgB2

　　的研商厉重齐集正在其造备工艺上，此中较主流的有粉末套管法(PIT) 、联贯管线成型法(CTFF) 和中央镁扩散法(IMD) 。

　　B2线材；但粉末套管原位法正在反适时因为Mg的消费会正在线带材内部出现许多孔洞，低重线带材的团体质地，研估客员也正在这方面实行了更多的研商，以待办理这类题目。而IMD是近年才先导被用于现实坐蓐中的造备伎俩，其坐蓐的MgB2线材被称为第二代线材。

　　适用化MgB2超导原料的研商中心：奈何通过订正工艺勤勉抬高带材正在磁场下的临界电流密度和上临界场，以满意适用化的需求。化学掺杂关于抬高MgB2超导体磁场下的磁通钉扎才气是一种便捷和有用的伎俩，目前公认最有用的掺杂物质为纳米SiC和纳米C(或含C的化合物)。目前Mg

　　B2超导带材。MgB2/Fe超导线材被以为是研商磁共振成像超导磁体的理思线的总体本能（本钱、平静性等）正在液氦温区还无法与低温超导原料比拟，正在高于液氦温区的温度下也无法与铁基超导原料比拟。

　　总体来看，目前二代高温超导带材相较于一代，拥有更高的临界转移温度（91K）、更强的导电才气、更高的不成逆场。同时，二代高温超导带材比一代高温Bi系带材，采用更少的银，拥有更高的抗拉强度、更高的工程电流密度。比拟来看，第二代高温超导的Bc2、Tc和Jc三大参数多数优于低温NbTi超导、MgB2、Bi2212和Bi2223。