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我国第二代高温超导带材研发获重大突破

作者:pokerking官网 发布时间:2020-08-07 11:54 点击数:

  李贻杰,上海交通大学教授,第二代高温超导带材领域知名专家。在高温超导带材领域,他首创国内百米级第二代高温超导带材,实现了国内超导带材领域的新突破。

  “十一五”期间,由上海交通大学李贻杰教授团队承担的国家科技部“第二代高温超导带材功能层制备关键技术研究”“863”重点项目取得了突破性进展。在科技部、上海市科委和上海交大的大力支持下,于2010年底研发成功百米级第二代高温超导带材制备工艺,实现了国内高温超导带材领域的新突破。提前1年多时间完成了国家科技部“863”重点项目合同书规定的各项目标和考核指标。在总投入科研经费远低于美、日、德等国的情况下,通过吸取国外研发成功与失败的经验教训,采用独特的技术路线月开始实施,再到研发成功,历时3年,终于研发成功百米量级的第二代高温超导带材制备工艺,而美、日、德等国研发成功百米量级工艺,都用了近10年的时间。

  1911年荷兰科学家昂内斯意外发现,将金属汞冷却到零下269摄氏度时,其电阻突然消失,称之为超导电性。因为超导材料具有无电阻的理想导电性能,所以其在工业、国防、科学研究、医学等领域的巨大应用前景使得各国政府都极为重视超导技术的研究,尤其是在医学和磁约束核聚变反应堆等应用领域具有不可替代性。1986年,IBM公司位于瑞士苏黎世的实验室首次报道镧钡铜氧化物具有30K的超导电性。习惯上将稀土氧化物超导材料称为高温超导材料,第一代高温超导带材以铋系(铋锶钙铜氧)高温超导材料为主。自2000年以后,美、日、德等国加强了第二代高温超导带材的研发工作。所谓第二代高温超导带材,就是采用各种镀膜手段在很薄(40~100微米)的传统金属基带(镍基合金或不锈钢等合金)上镀一层大约1到几个微米厚的稀土氧化物高温超导薄膜,以实现超大电流的传输。第二代高温超导带材以钇系(钇钡铜氧)高温超导材料为主。与传统的铜导线相比,相同横截面积第二代高温超导带材的载流能力是铜导线的几百倍。

  上海交大第二代高温超导带材金属基带宽度为1厘米、厚度为80微米,稀土氧化物超导层厚度为1~2微米,2010年底超导电流为194安培,今年5月已达300安培。2011年底有望将带材超导电流传输能力提高到500安培。目前已经彻底解决了从实验室向产业化转移所必须克服的镀膜工艺的稳定性、重复性和可靠性等技术难点。从而为后续的产业化生产奠定了基础。

  在国际上,自从2004年以来,美国、日本和德国的研发机构先后研制成功了长度超过100米且能够传输100 安培以上超导电流的第二代高温超导带材,目前已达公里级。从国际上最新进展情况来看,随着示范性项目的逐渐增多,高温超导带材的成本有望大幅降低,已处于大规模市场化应用的边缘。所以,在“十二五”期间,我国大力介入该领域的产业化研发项目恰逢其时。另外,第二代高温超导带材中的超导层属稀土氧化物系列,就原材料而言,我国具有资源优势。开展第二代高温超导带材的研制可将我国的资源优势转化为技术优势,以免再次落入出口初级粉料而进口高端产品的不利局面。

  高温超导技术被喻为21世纪最具潜力的电工技术,许多国家已将发展超导产业上升到战略高度,美国、日本等国将其未来智能电网的目标定位为超导电力,据其预测其形成的超导产业规模将会超过数十万亿美元。而近年来随着超导带材制备技术的不断提高,其成本正在快速下降,目前同样规格的带材价格仅为5年前的1/5,超导技术正在逐步进入实用阶段。

  随着我国经济规模的不断扩大和人民生活水平的进一步提高,国际原油、天然气的供应量短缺及价格上涨将会成为制约我国国民经济可持续发展的主要因素之一。为了保证经济社会的可持续发展,2006年2月9日,国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》,规划了8个技术领域的24项前沿技术,其中之一就是高温超导技术。

  李贻杰教授曾先后在美国、日本、德国和澳大利亚多年从事高温超导领域的研究工作,并取得了丰硕的学术成果。2007年回国,扎根上海交大,开展第二代高温超导带材的研究工作。 在科技部、上海市政府和上海交大的大力支持下,从零起步,在人员少、设备不足的条件下,仅用半年时间就完成了高温超导带材实验室的筹建工作。在3年时间内就取得国外投入几亿美元,历时10年才完成的成果。为了保证实验设备能连续运转,由教师、博士后研究人员和研究生组成的科研团队经常周末和节假日加班加点到深夜。经过团队夜以继日的努力,在短短的三年时间内,已掌握了连续化、动态制备第二代高温超导带材的关键技术,研究开发出了一整套具有我国自主知识产权的第二代高温超导带材制造技术。

  对李贻杰教授而言,一个梦想实现了,新的梦想正在路上。下一步工作目标将主要集中在公里级实用化带材的研发工艺方面。通过该项目,培养出掌握核心技术的一流研发团队,建成中试规模的带材生产线,开展超导应用方面的研究工作,孵化出掌握核心技术的高新技术企业。采用“产、学、研”相结合的方式,与赣商集团联合研发适合于连续化、大规模工业化生产、且具有优越性能价格比和潜在市场竞争力的第二代高温超导带材制备技术,促进我国新能源领域的产品向高效、节能、高附加值方向发展。 为了加快实现上海交通大学实验室科研成果向大规模工业化生产转化,上海交通大学与赣商集团签订合作协议,共同成立“上海交通大学赣商集团高温超导技术联合研发中心”,联合开展第二代高温超导带材制造技术的研发和产业化。应用基础研究和小试规模的研发实验室设在上海交通大学,中试和规模化生产部分设在浦东新区。赣商集团将通过规模化生产提高超导带材的性价比和竞争力,逐步培育、渗透、开拓和扩大市场规模,确立我国在高温超导材料制造领域的市场主导地位。联合设在上海交大的国家能源智能电网(上海)研发中心积极推进基于第二代高温超导带材的超导电力设备的研究和产业化,为国家产业升级发展战略作出贡献。

  《科学时报》 (2011-07-01 A18 贺建党九十华诞 展科技创新风采)


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