点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:我国铁基超导材料向高磁场应用迈进
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

我国铁基超导材料向高磁场应用迈进

来源:科技日报2021-02-25 09:32

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  超导材料要实现强电高磁场应用,必须解决限制线材性能的微观机理问题,突破其关键制备技术,从而获得高磁场下高临界电流、高机械强度以及较好的电磁稳定性等特性。

  ——马衍伟 中国科学院电工研究所研究员

  ◎记者 陆成宽

  2月22日,科技日报记者从中国科学院高能物理研究所(以下简称高能所)获悉,国际学术期刊《超导科技》发表我国科研人员的一项有关铁基高温超导的最新成果。

  来自高能所和中国科学院电工研究所(以下简称电工所)的研究人员,基于百米铁基超导带材研制的长尺度跑道型线圈,在10特斯拉二极磁场下,实现超过零场环境80%的高载流性能,首次验证了大尺寸铁基超导线圈在高磁场领域应用的可行性,及其载流性能对背景场强相对不敏感的高场应用优越性。

  这是继2016年研制出首根百米级铁基超导带材、2019年完成小尺寸铁基超导螺线管线圈24特斯拉性能验证后,该团队取得的又一重要进展。

  中国科学家走在铁基高温超导研究最前沿

  所谓超导,是指某些材料在温度降低到某一临界温度以下时,电阻突然消失的现象。具备这种特性的材料称为超导材料。超导材料的两个基本性质是零电阻和完全抗磁性,这些不寻常的特性使其在科学研究、信息通讯、能源存储、交通运输、生物医学等领域均有重大的应用前景。

  1968年,美国物理学家麦克米兰根据传统理论计算推断,超导材料的转变温度一般不能超过40开尔文(1开尔文约为-273℃),这个温度也被称为麦克米兰极限温度。1986年,两名欧洲科学家发现了以铜为关键组成元素的铜氧化物超导体,很快包括中国科学家在内的研究团队将铜氧化物超导体的临界转变温度提高到液氮温区以上,突破了麦克米兰极限温度,学界将其称为铜基高温超导材料。

  铜基高温超导材料作为一类金属陶瓷材料,加工工艺严苛,综合成本相对较高。2008年2月,日本化学家细野在四方层状的铁砷化合物中发现存在转变温度为26开尔文的超导性,但因为没有突破麦克米兰极限温度,还不能确定该材料是否为高温超导材料。

  我国科学家基于在此领域长期的研究经验,敏锐地意识到,类似结构的铁砷化合物中很可能存在更高超导转变温度。2008年3月,中国科学技术大学陈仙辉研究组和中国科学院物理研究所(以下简称物理所)王楠林研究组同时在铁基中观测到了43开尔文和41开尔文的超导转变温度,突破了麦克米兰极限温度,证明了铁基超导材料为高温超导材料;随后,物理所赵忠贤研究组利用高压合成技术高效地制备了一大批不同元素构成的铁基超导材料,并创造了55开尔文的铁基超导体转变温度纪录。

  目前,我国科学家走在了铁基超导材料研究国际最前沿。“之前的超导理论认为超导性和铁磁性不能共存,而铁基超导材料的发现表明高温超导机理研究还存在巨大的未知空间。”高能所研究员徐庆金说。

  铁基超导材料实用化正“爬坡过坎”

  经国际物理学界认可,铁基超导材料正式成为新一类高温超导材料。更重要的是,铁基超导材料还具有临界磁场高、各向异性小、晶界临界角大等一系列有利于实用化的优点。

  从铁基超导材料具有的优点看,它在中低温高磁场领域具有较大的应用潜力,可充分发挥其临界磁场高、各向异性小、制备成本低等优势。比如,基于铁基超导材料制备的高场超导磁体,有望大幅度提升磁体性能,降低目前高场磁体高昂的造价,在医疗核磁共振谱仪、先进能源、基础科学研究装置,以及电力及交通等领域具有重要的应用前景。

  然而,“超导材料要实现强电高磁场应用,必须解决限制线材性能的微观机理问题,突破其关键制备技术,从而获得高磁场下高临界电流、高机械强度以及较好的电磁稳定性等特性。”电工所研究员马衍伟说。

  2016年,电工所率先制备了百米量级的铁基超导线材,为铁基超导材料的实用化开启了大门。2018年,高能所和电工所合作,基于超导带材短样研制出铁基超导内插螺线管线圈,成功在24特斯拉的强磁场下获得较高临界电流,用实验验证了铁基超导材料高场应用的可行性,2020年中国科学院强磁场中心在高达30特斯拉的强磁场背景下的测试进一步验证了此结果。

  与此同时,高能所和电工所合作团队也开始了基于百米级铁基超导带材大尺寸超导线圈的研制及高场性能测试,目前最高10特斯拉二极背景场下的测试结果表明:铁基超导线圈载流性能相对零磁场下损失小于20%,在高场下应用具有其独特的优越性。

  可应用于下一代粒子加速器

  “目前我们已经在高性能铁基超导线材方面获得较大进展,但相对来说,实用化铁基超导线材研究时间还很短,线材性能上还存在较大提升空间,制备工艺上也需要时间来进一步摸索优化的结构及参数。”徐庆金说。“本次成功验证大尺寸铁基超导线圈在高场领域应用的可行性,及其载流性能对背景场强相对不敏感的高场应用优越性,确实是一个很鼓舞人心的结果,证明研究团队从几年前开始推动的这项研究大方向没有错,也是科研团队通力合作的结果。”

  同时,这项研究得到了国际同行的高度评价。审稿人如此评价此项工作的重要意义:“这一新成果将对超导材料及磁体技术领域产生重要影响”“证明了铁基超导材料用于发展下一代粒子加速器的巨大潜力”。

  “未来进展顺利的话,铁基超导材料有望对下一代粒子加速器的发展产生重要影响,让新一代高性能、低成本的高场超导磁体从理想变为现实,助力相关的基础科学、高科技产业及人民健康的高质量发展。但是,目前的结果还只是阶段性进展。”马衍伟强调。

  徐庆金表示,研究团队未来将在此基础上,继续大幅度提升铁基超导线带材的载流及机械性能,推进高性能铁基超导高场磁体技术的进一步探索及示范验证。性价比大幅度提升的新一代高场超导磁体技术,不仅可以推动高性能粒子加速器及可控核聚变等大科学装置的建设及相关基础科学的发展,在能源、医疗、电力、交通等民生领域也将有着广泛的应用。

[ 责编:武玥彤 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 彭丽媛会见德国伯乐中文合唱团师生代表

  • 明前茶飘香

独家策划

推荐阅读
见证大国底气从“核”来
2024-03-29 14:15
人工智能可以取代人力勾绘农作物地块,快速完成耕地识别,工作效率相比人工作业提升数十倍。在他看来,我国在星上智能处理和地面遥感AI大模型技术上同步发力,推进人工智能遥感技术发展,太空中的卫星将变得越来越“聪明”。
2024-03-29 09:36
3月27日发表于《自然》的一项分析预测,融化的冰盖正在减缓地球的自转速度,以至于下一个闰秒将被推迟3年。论文作者之一、美国斯克里普斯海洋研究所地球物理学家Duncan Agnew说:“融冰足以使海平面上升,以至于我们可以看到地球自转速度受到了影响。
2024-03-29 09:33
胡新立表示,研究团队将进一步探讨生理性乳酸水平变化对机体代谢的意义,以及恶病质中骨骼肌萎缩与乳酸的直接关系。
2024-03-29 09:31
近日,日本小林制药保健品事件持续发酵。小林制药此前表示,该公司的红曲原料中可能含有导致消费者出现肾功能不良状态的非预期成分。小林制药出产的红曲原料除用于自家生产保健品外,还出售给其他公司,用于酿酒及食品制造等。
2024-03-29 09:22
朱雀三号可重复使用垂直起降回收验证火箭在酒泉卫星发射中心圆满完成试验任务。2023年12月,蓝箭航天朱雀二号遥三液氧甲烷运载火箭在酒泉发射中心圆满完成发射任务,将三颗商业卫星顺利送入预定轨道。
2024-03-29 09:30
记者28日从南京大学获悉,由该校物理学院杜灵杰教授领衔的国际团队利用极端条件下的偏振光散射技术,在砷化镓量子阱中对分数量子霍尔效应的集体激发进行了测量,在世界上首次观察到引力子激发,即引力子在凝聚态物质中的新奇准粒子。
2024-03-29 08:38
世界卫生组织27日发布新闻公报说,已启用“冠状病毒网络”(CoViNet),以促进和协调全球的专业知识和能力,及早准确地检测、监测和评估新冠病毒、中东呼吸综合征冠状病毒和其他可能新出现的冠状病毒。
2024-03-29 08:38
万兆元年,谁来领航?是更智慧AI,是更领先的Advance,是刷新极限的速度,还是升级多维的体验?中国移动5G-A商用发布会,重新定义数智新时代,邀您共同见证!3月28日15:00-16:00
2024-03-28 12:36
作为中国大科学装置之一,高能同步辐射光源是由中国科学院、北京市共建的怀柔科学城大科学装置集群的核心装置。
2024-03-28 09:54
2022年8月15日,国际天文学联合会小天体命名工作组发布公告,将国际永久编号为192353号的小行星命名为“王大中星”。围绕大学的根本任务是育才造士这一核心要义,王大中归纳并紧抓建设一流大学的三大要素:大师、大楼和大学精神。
2024-03-28 09:34
坎潘特强调,最新观测表明,精确的星震学技术可用于探测表面温度低至4200℃(比太阳表面低约1000℃)的矮星,为天体物理观测开辟了一个新领域。这一最新结果表明,星震学技术有望详细表征这些恒星及其宜居行星的细节,而精确确定附近冷矮星的年龄对于阐释系外行星上发现的生物特征可能至关重要。
2024-03-28 09:33
记者从自然资源部3月27日召开的例行新闻发布会上获悉:今年是极地考察40周年,自然资源部将开展一系列活动纪念这一重要时间节点。7月北极黄河站建站20周年时,在黄河站举办招待会、研讨会等相关活动,中国第四十一次南极考察期间将在长城站、中山站举行招待会、研讨会等相关活动,“雪龙”号、“雪龙2”号船停靠外港时举行公众开放日活动。
2024-03-28 09:32
联合国教科文组织执行局27日批准18处地质公园列入世界地质公园网络名录,其中包括中国的6个地质公园,分别是长白山世界地质公园、恩施大峡谷-腾龙洞世界地质公园、临夏世界地质公园、龙岩世界地质公园、武功山世界地质公园、兴义世界地质公园。
2024-03-28 09:31
据介绍,除了服务于中国探月工程四期,后续鹊桥二号中继星还可为国内外月球探测提供中继通信支持。
2024-03-28 09:25
涂白防虫、修剪树枝、引水灌溉……每当春天到来,在祖国西北边陲新疆托里县老风口,生态造林工作就紧锣密鼓地开始了。
2024-03-27 10:22
今年我国纪念“世界水日”“中国水周”的活动主题为“精打细算用好水资源,从严从细管好水资源”。
2024-03-27 10:21
在齐齐哈尔市甘南县宝山乡巨宏村,村民苑忠国正在准备春耕,多年来通过参与县里的培训,春耕物资的采购对他来说已是轻车熟路。
2024-03-27 10:20
在开展调查监测,评估新污染物环境风险状况方面,《行动方案》提出建立化学物质环境信息调查制度、建立新污染物环境调查监测制度、建立化学物质环境风险评估制度、动态发布重点管控新污染物清单等具体措施。
2024-03-27 10:18
一群“麦哲伦”式的实验物理学家正在高能物理的版图上开疆拓土。而玻色子的发现,正在指向新的“盛宴”。
2024-03-27 10:16
加载更多