近日,穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置(SHMFF)用戶中國(guó)科學(xué)院電工研究所馬衍偉團(tuán)隊(duì)與與北京科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院物理研究所、中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心、國(guó)家納米科學(xué)中心等單位合作,提出一種基于非對(duì)稱(chēng)應(yīng)力場(chǎng)的高密度磁通釘扎中心構(gòu)建策略,顯著提升了鐵基超導(dǎo)線材的載流性能,相關(guān)研究成果以“Asymmetric Stress Engineering of Dense Dislocations in Brittle Superconductors for Strong Vortex Pinning”為題,發(fā)表于《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)。SHMFF所屬水冷磁體WM5,為該研究在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下的性能驗(yàn)證與策略?xún)?yōu)化提供了重要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
鐵基超導(dǎo)材料具有上臨界場(chǎng)高、各向異性小、制備成本低等優(yōu)點(diǎn),在下一代高能粒子加速器、可控核聚變裝置及高場(chǎng)磁共振成像系統(tǒng)等領(lǐng)域具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。高載流性能鐵基超導(dǎo)線材是實(shí)現(xiàn)上述高場(chǎng)強(qiáng)電應(yīng)用的基礎(chǔ)。為獲得高載流性能,需構(gòu)建高密度納米級(jí)磁通釘扎(磁通線被束縛的狀態(tài))中心。由于高溫超導(dǎo)體普遍為非金屬材料,具有本征脆性,在鐵基超導(dǎo)體中引入高密度位錯(cuò)作為釘扎中心極具挑戰(zhàn)。
針對(duì)上述問(wèn)題,電工研究所馬衍偉研究員團(tuán)隊(duì)提出了一種基于非對(duì)稱(chēng)應(yīng)力場(chǎng)的高密度磁通釘扎中心構(gòu)建策略,顯著提升了鐵基超導(dǎo)線材的高場(chǎng)載流性能。該研究采用規(guī)?;瘮D壓成形技術(shù),實(shí)現(xiàn)了靜水壓力與剪切應(yīng)力的協(xié)同調(diào)控,促使剛性晶格發(fā)生局部滑移與扭轉(zhuǎn),誘導(dǎo)出高密度位錯(cuò),并進(jìn)一步通過(guò)熱處理優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了位錯(cuò)的有序排列,最終形成高效磁通釘扎網(wǎng)絡(luò),顯著增強(qiáng)了強(qiáng)磁場(chǎng)下的磁通釘扎力。采用新策略制備的鐵基超導(dǎo)線材臨界電流密度(Jc)大幅提升,其中10?T的Jc從此前報(bào)道最高值1.5×105?A/cm2提升至4.5×105?A/cm2,30?T的Jc提高了5倍達(dá)到2.1×105?A/cm2,創(chuàng)造了鐵基超導(dǎo)線材載流性能新紀(jì)錄。研究團(tuán)隊(duì)為了驗(yàn)證該鐵基超導(dǎo)線材在高場(chǎng)下的載流能力,需通過(guò)30 T以上的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)進(jìn)行強(qiáng)電傳輸測(cè)試。SHMFF是國(guó)內(nèi)唯一能同時(shí)滿足“大電流、大口徑、強(qiáng)磁場(chǎng)”三大關(guān)鍵測(cè)試條件的平臺(tái),為該研究提供了不可替代的支撐作用。
該研究突破了在非金屬脆性晶格中引入高密度位錯(cuò)的技術(shù)瓶頸,提出了一種可推廣應(yīng)用于剛性材料的位錯(cuò)構(gòu)建通用方法,為發(fā)展低成本、高性能鐵基超導(dǎo)線材開(kāi)辟了全新路徑。
此項(xiàng)工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)項(xiàng)目的支持。
文章鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202513265

圖. 25-33 T強(qiáng)磁場(chǎng)下傳輸電流測(cè)試
(信息來(lái)源:中國(guó)科學(xué)院電工研究所官網(wǎng))