界面新聞記者 ｜ 戴晶晶

高溫超導行業又有新突破。

當地時間8月7日，紐約州立大學布法羅分校的研究團隊在最新一期《自然·通訊》報告了一項基于稀土鋇銅氧化物(REBCO)的超高性能超導線材的制備成果，為世界上性能最高的高溫超導線段，同時性價比指標顯著提高。

超導體是指在特定轉變溫度之下電阻為零且呈現完全抗磁性(即邁斯納效應)的材料，能廣泛應用于電力傳輸和儲能、醫學成像、磁懸浮列車、量子計算等領域。

根據實現溫度不同，超導體可分為低溫超導材料和高溫超導材料。低溫超導材料通常需要借助4K(-269°C)的液氦來實現20K以下的環境來實現超導電性，高溫超導(HTS)所需的溫度相對來說要高得多，通常可以達到40K(-233°C)，甚至-100°C以上。

新的HTS導線涵蓋所有磁場和從5K(-268°C)到77K(-196°C)的工作溫度范圍。在4.2K時，新HTS導線在沒有外部磁場的情況下(下稱自場)，每平方厘米可承載1.9億安培的電流；在7特斯拉磁場下，每平方厘米可承載9000萬安培的電流。

在更高的20K(-253°C)時，在沒有外部磁場的情況下，這些導線每平方厘米仍可承載超過1.5億安培的電流；在7特斯拉磁場下，每平方厘米可承載超過6000萬安培的電流。20K也是商業核聚變的預期應用溫度。

紐約州立大學布法羅分校在8月10日的新聞稿中表示，這是迄今為止報告的所有磁場和工作溫度下，臨界電流密度和釘扎力的最高值。

臨界電流密度是在超導體中，可視為無阻流動的最大直流電流。釘扎力是釘扎磁渦旋的能力，可不同程度地阻止磁通線的流動，以提高臨界電流。

布法羅分校稱，在臨界電流方面，最新的成果對應于一個4毫米寬的線段，在4.2K溫度下，在自場有1500安培的超電流，在7特斯拉時有700安培的超電流；在20K時，自場是1200安培，在7特斯拉時是500安培。

在釘住力方面，在7特斯拉的磁場下，金屬絲顯示出很強的將磁渦流釘住或固定在原位的能力，在4.2K時的力約為6.4太牛頓/立方米，在20開爾文時的力約為4.2K/立方米。

“盡管該團隊的高溫超導薄膜只有0.2微米厚，但它可以攜帶與商用超導導線相當的電流，而商用超導導線的高溫超導薄膜幾乎是其厚度的10倍。”該校表示。

該研究的通訊作者、紐約州立大學杰出教授和紐約帝國創新教授阿米特·戈亞爾(Amit Goyal)認為，最新的研究結果將幫助引導行業進一步優化其沉積技術和制造條件，從而顯著提高商用涂層導體的價格-性能比。提高性價比對于完全實現超導體的眾多大規模、設想中的應用是必需的。

他進一步說明，研究的結果表明，優化后的商業HTS線材仍有顯著的性能提升空間，因此有潛力實現成本的相應降低。

高溫超導在電力工業、國防、醫療和交通等行業中有許多應用，例如HTS導線能在比傳統超導體要求的溫度更高的溫度下無電阻輸電的能力將有可能改變電網，HTS也能夠極大降低制冷成本，縮小核聚變托卡馬克裝置的體積。

結合高溫超導和磁懸浮技術，制成的高溫超導磁懸浮列車將擁有更高的運行速度和更低的能耗。

中國在超導基礎研究領域位于世界前列，近兩年在HTS材料領域不斷有突破。

今年7月18日，復旦大學宣布，該校物理學系趙俊教授團隊利用高壓光學浮區技術，成功生長三層鎳氧化物La4Ni3O10高質量單晶樣品，并證實了鎳氧化物中具有壓力誘導的體超導電性。

去年7月，中山大學物理學院王猛教授團隊在《自然》雜志刊登了高溫超導材料的科學成果——首次發現液氮溫區鎳氧化物超導體。液氮溫區指的是溫度在液氮沸點附近的范圍，即約-196°C左右。

這是繼中國科學家1980年代發現銅氧化物高溫超導體之后，人類發現的第二種液氮溫區非常規超導材料，也是在全球范圍內首次發現的全新高溫超導體系。

目前，低溫超導材料及應用仍占超導市場總量絕大多數。去年12月，中金公司發布研報稱，當前高溫超導帶材尚未得到大規模商業化應用，主要原因在于帶材大規模制備技術尚不成熟以及生產成本較高。

“我們認為隨著高溫超導帶材廠商持續擴產、帶材生產技術逐步成熟、帶材價格有望大幅下降。”該機構表示。

超導材料是核聚變中的關鍵材料之一。核聚變產業對高溫超導產業化有拉動作用。

今年4月，上海翌曦科技發展有限公司創始人兼董事長、上海市高溫超導材料與系統工程技術中心主任金之儉在接受界面新聞采訪時曾表示，美國CFS公司的單個SPARC示范裝置超導帶材用量就就接近1萬公里，瞄準實現聚變發電的ARC工程實驗堆需求量可能會達到2.4萬公里，而2021年全球的超導帶材產能僅3000公里。在此巨量需求驅動下，近兩年全球廠商都在進行大規模擴產。