超導材料的研究進展如何？

目前高溫超導材料的產業化發展越來越成熟，據美國能源部（DOE）預測，到 2020

年低溫超導材料應用市場將達到 45%，高溫超導材料市場占 55%；到 2030 年低溫超導材料

應用市場將達到 31.3%，高溫超導材料市場占 68.7%。由此可見，在超導材料應用領域，高

溫超導材料的*將會逐步擴大。

超導材料的研究進展如何？

（一）低溫超導材料

目前應用zui廣泛的低溫超導材料是 NbTi 和 Nb 3 Sn 超導線材。在歐洲大型強子對撞機計

劃（LHC 計劃）、核聚變裝置（ITER）及科學與醫療儀等需求的推動下，NbTi 超

導體的工業化生產及應用取得了重大進展。在醫用超導磁共振成像裝置中，NbTi 超導線材

得到了廣泛應用。法國阿爾斯通公司（Alstom）可以生產芯絲直徑 5μm 的 NbTi 超導體，電

流密度 Jc 可以達到 122/mm 2 （11T,1.7K）。德國真空熔煉公司（VAC）和意大利 Europa

Metalli SPA 公司生產的多芯 NbTi 超導線材電流密度 Jc 可達 2300-2600 A/mm 2 （5T,4.2K）。

（二）中溫超導材料

自 MgB 2 超導材料發現以來，學術界便給予了其極大關注。與銅氧化物高溫超導材

料相比，MgB 2 超導體的化學成分以及晶體結構都更簡單，同時材料還可以保證很高的臨界

電流密度。綜合考慮制冷成本和材料成本，MgB 2 在 20K-30K 溫區和中低磁場條件下具有很

好的應用前景。目前在上關于 MgB 2 超導材料的研究發展很快，意大利哥倫布公司已經

利用 MgB 2 多芯線批量生產了開放式，磁場在 0.6 特斯拉左右的核磁成像裝置。此外日本及

美國均取得了一系列成果。

（三）高溫超導材料

在強電應用方面，高溫超導材料還沒有形成正式、規模化的應用。大部分以 BSCCO 為

基礎的應用也是進行一些應用的嘗試。目前利用粉末套管法生產 Bi-2223 帶材技術已經比較

成熟，能夠生產出幾千米級的超導帶材。美國超導公司（ASC）、德國真空冶煉公司（VAC）

以及日本住友電工（SEI）都已經具備批量化生產千米長帶的能力。其中，美國超導公司（ASC）

在鉍帶的生產技術及批量化生產能力方面，均處于地位，所生產的高溫超導帶材zui

高臨界電流密度已經超過 7.4 × 10 4 A/cm 2 （77K），百米長帶的工程電流密度超過 1.4 × 10 4 A/

cm 2 （77K），千米長帶的工程電流密度也達 1.0 × 10 4 A/cm 2 （77K）。但是由于這些 BSCCO

帶材均需要銀包套材料保護，因此成本很難降低。此外，由于 Bi 系材料一般在液氮溫度下

磁通運動劇烈，無法使用，因此 Bi-2223 長帶材的應用沒有得到推廣。目前，各國正在積極

研究在柔性金屬基帶上涂以 YBCO 厚膜的涂層導體（Coated Conductor），稱為 CC 導體或

者第二代高溫超導帶材，無論是物理方法還是化學方法制備的第二代高溫超導帶材都可以達

到千米級，但是成品率較低。這方面以美國，日本和韓國目前較為。

近期美國科研人員通過優化超導材料的內部缺陷，從而大大增強了材料的載流能力和臨

界溫度。2016 年 7 月 12 日，美國阿貢國家實驗室（Argonne）開發了一種新方法，可以優化

超導體材料內部缺陷的排布，從而增強商業高溫超導線纜的載流能力。10 月 6 日，美國布魯

克海文國家實驗室研究團隊表示，通過使用低能量質子對 FeSe 0.5 Te 0.5 薄膜進行輻照，便可在

超導材料內部產生級聯缺陷。這些級聯缺陷不僅可以使得鐵基超導材料的載流能力翻倍，而

且還稍微提高了材料的臨界溫度。

日本方面，2016 年 5 月 17 日，日本新能源產業技術綜合開發機構（ NEDO）宣布，將

分四個主題進行高溫超導實際應用的技術開發。

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