在科技部、北京市科委、國(guó)家自然科學(xué)基金委的大力支持下，中科院電工研究所應(yīng)用超導(dǎo)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室馬衍偉研究組在鐵基超導(dǎo)多芯線帶材的制備及性能研究中取得重要進(jìn)展，采用粉末裝管法（Powder-in-tube）在國(guó)際上率先制備出高性能的122型鐵基超導(dǎo)多芯線帶材。該成果于今年2月發(fā)表在美國(guó)物理學(xué)會(huì)主辦的《應(yīng)用物理快報(bào)》【Appl.Phys.Lett.102 (2013) 082602】，對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)鐵基超導(dǎo)體在強(qiáng)電領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

鐵基超導(dǎo)體是2008年由日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的一種新型超導(dǎo)材料，該體系超導(dǎo)體目前最高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到55K，上臨界場(chǎng)超過(guò)100T，在高場(chǎng)磁體中具有廣闊的應(yīng)用前景。在鐵基超材料發(fā)現(xiàn)后不久，該研究組分別于2008年和2009年使用粉末裝管法率先在國(guó)際上研制出1111型（SmO1-xFxFeAs）和122型（SrxK1-xFe2As2）鐵基超導(dǎo)線材。接著采用銀包套材料－摻雜改性－先位燒結(jié)等新工藝，解決了包套管與超導(dǎo)芯易反應(yīng)、雜相多、密度低等難題，進(jìn)一步提高了鐵基超導(dǎo)線帶材的臨界傳輸電流；另一方面，采用STEM和EELS等先進(jìn)表征手段，首次直接觀測(cè)到122型鐵基超導(dǎo)體晶界存在的富氧非晶層，并深入分析了富氧層的形成機(jī)制，為通過(guò)改善晶粒連接性提高其傳輸電流密度提供了理論依據(jù)【Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 222504】；在搞清上述晶界性質(zhì)的基礎(chǔ)上，采用軋制織構(gòu)和錫摻雜相結(jié)合的方法大幅度提高了122型單芯超導(dǎo)線帶材的載流能力，其傳輸臨界電流密度在4.2K和10T的磁場(chǎng)下高達(dá)17000安培每平方厘米，為目前已報(bào)道鐵基超導(dǎo)線帶材性能中的最高值【Scientific Reports 2 (2012) 998】。由于在鐵基超導(dǎo)線帶材研制領(lǐng)域做出的系統(tǒng)性工作和突出貢獻(xiàn)，該研究組應(yīng)國(guó)際超導(dǎo)主流期刊《超導(dǎo)科技》編輯的專門邀請(qǐng)發(fā)表了關(guān)于鐵基超導(dǎo)線帶材制備進(jìn)展的綜述文章【Supercond. Sci. Technol. 25 (2012) 113001】，詳細(xì)而全面的評(píng)述了鐵基超導(dǎo)線帶材的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀和各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)其未來(lái)的發(fā)展做了展望（圖1）。

為了防止磁通跳躍，增強(qiáng)超導(dǎo)線載流穩(wěn)定性，實(shí)際應(yīng)用中必須使用具有多芯結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)線材。因此，該組在不斷提高單芯鐵基超導(dǎo)線帶材性能的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步推進(jìn)其實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)開展了多芯鐵基超導(dǎo)線帶材的研制工作。由于粉末裝管法制備線帶材具有成本較低且易于未來(lái)規(guī)?；苽涞膬?yōu)點(diǎn)，此工作以制備單芯線材所采用的粉末裝管法為基礎(chǔ)，將單芯銀包套的線材進(jìn)行二次裝管，克服了復(fù)合包套多芯結(jié)構(gòu)在成型加工中的諸多困難，最終成功制備出了鐵銀復(fù)合包套的七芯122型超導(dǎo)線帶材（圖2）。對(duì)多芯線帶材拉拔和軋制等不同工藝路線的系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，軋制加工能有效提高此多芯超導(dǎo)線超導(dǎo)芯的致密度，進(jìn)而提高其傳輸臨界電流，而且臨界電流隨著軋制厚度的減小而提高，臨界傳輸電流密度在4.2K下可達(dá)21100安培每平方厘米，并且在最高達(dá)到10T的強(qiáng)磁場(chǎng)下仍保持較高的性能（圖3）。這一結(jié)果進(jìn)一步表明了鐵基超導(dǎo)線材的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和在未來(lái)實(shí)際應(yīng)用中的巨大潛力。

圖1 各類實(shí)用化超導(dǎo)線帶材的的傳輸臨界電流密度（Transport Jc）的磁場(chǎng)特性比較（Supercond. Sci. Technol. 25 (2012) 113001），其中的Sr-122 PIT wire（Scientific Reports 2 (2012) 998）為粉末裝管法制備的122型鐵基超導(dǎo)線材。

圖2 鐵銀復(fù)合包套的七芯122型超導(dǎo)圓線及帶材的冷加工制備流程。（Appl. Phys. Lett.102 (2013) 082602）

圖3 不同軋制厚度的單芯及七芯122型超導(dǎo)帶材的傳輸臨界電流密度的磁場(chǎng)特性。（Appl. Phys. Lett.102 (2013) 082602）