日前，中國(guó)科學(xué)院電工研究所應(yīng)用超導(dǎo)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室馬衍偉研究組采用機(jī)械壓制新工藝，研制出目前世界最高傳輸臨界電流密度的Sr122型鐵基超導(dǎo)線帶材，在4.2 K和10 T下超過(guò)105 A/cm2 （Appl. Phys. Lett. 104 (2014) 202601），這一成果標(biāo)志著我國(guó)率先跨入了實(shí)用化門檻，并為我國(guó)下一步鐵基長(zhǎng)線規(guī)模化制備奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在2008年研制出國(guó)際首根鐵基超導(dǎo)線材后，該研究組通過(guò)對(duì)金屬包套材料，機(jī)械加工和熱處理工藝，摻雜改性，以及織構(gòu)取向等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)研究，不斷提高鐵基超導(dǎo)線帶材的臨界電流密度，并始終在國(guó)際上保持領(lǐng)先水平。經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累和不斷努力，該組通過(guò)制備高質(zhì)量的前驅(qū)粉，并率先將熱壓工藝引入鐵基超導(dǎo)帶材的制備，顯著提高了超導(dǎo)芯的致密度并有效消除了其中的微裂紋，將Sr-122鐵基超導(dǎo)帶材的傳輸臨界電流密度大幅度提高至5.1×104 A/cm2 (4.2 K, 10 T)，該成果在2014年3月發(fā)表于Scientific Reports 4, 4465 (2014) (DOI: 10.1038/srep04465)。隨后，通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化壓制工藝，該研究組制備出具有高致密度的織構(gòu)化Sr-122鐵基超導(dǎo)帶材，其傳輸臨界電流首次突破了105 A/cm2 (4.2 K, 10 T)的實(shí)用化水平。通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡在原子尺度下對(duì)晶界結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，帶材超導(dǎo)芯中的晶粒連接緊密，晶粒間不含雜質(zhì)相，并觀察到大量的小角晶界。因此，對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控以及高質(zhì)量超導(dǎo)相的優(yōu)化使鐵基超導(dǎo)帶材獲得了高臨界電流密度。相關(guān)工作近日發(fā)表于Appl. Phys. Lett. 104, 202601 (2014) (DOI: 10.1063/1.4879557)，并得到了審稿人的高度評(píng)價(jià)：The highest transport Jc reported in Sr122 tape is very encouraging for the superconductivity community。為了進(jìn)一步推動(dòng)122鐵基超導(dǎo)線帶材的應(yīng)用，該組同時(shí)制備出了高性能7芯和19芯多芯線帶材，其中前者的臨界電流密度達(dá)到了6.1×104 A/cm2 (4.2 K, 10 T)，是目前鐵基超導(dǎo)多芯線的最高紀(jì)錄。另一方面，1111型鐵基超導(dǎo)體比122鐵基超導(dǎo)體具有更高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和上臨界場(chǎng)，但由于1111型鐵基超導(dǎo)體的合成溫度較高，均勻性和相純度不易控制，因此線帶材的制備難度也比122線帶材大。最近，該研究組通過(guò)在SmFeAsO1-xFx (Sm-1111)前驅(qū)粉的燒結(jié)過(guò)程中添加錫，有效消除了Sm-1111晶粒間的FeAs雜質(zhì)相，將Sm-1111帶材的傳輸臨界電流密度提高至3.45×104 A/cm2 (4.2 K, 0 T)，這是目前1111型鐵基超導(dǎo)線帶材中報(bào)道的最高值，論文發(fā)表于Appl. Phys. Lett. 104, 172601 (2014) (DOI: 10.1063/1.4874261)。



以上工作得到科技部973計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金委，北京市科委的大力支持。