近日，穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置（SHMFF）用戶中國科學(xué)院電工研究所馬衍偉團隊與與北京科技大學(xué)、中國科學(xué)院物理研究所、中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強磁場中心、國家納米科學(xué)中心等單位合作，提出一種基于非對稱應(yīng)力場的高密度磁通釘扎中心構(gòu)建策略，顯著提升了鐵基超導(dǎo)線材的載流性能，相關(guān)研究成果發(fā)表于《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)。SHMFF所屬水冷磁體WM5，為該研究在強磁場環(huán)境下的性能驗證與策略優(yōu)化提供了重要的實驗基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
鐵基超導(dǎo)材料具有上臨界場高、各向異性小、制備成本低等優(yōu)點，在下一代高能粒子加速器、可控核聚變裝置及高場磁共振成像系統(tǒng)等領(lǐng)域具有獨特的應(yīng)用優(yōu)勢。高載流性能鐵基超導(dǎo)線材是實現(xiàn)上述高場強電應(yīng)用的基礎(chǔ)。為獲得高載流性能，需構(gòu)建高密度納米級磁通釘扎（磁通線被束縛的狀態(tài)）中心。由于高溫超導(dǎo)體普遍為非金屬材料，具有本征脆性，在鐵基超導(dǎo)體中引入高密度位錯作為釘扎中心極具挑戰(zhàn)。
針對上述問題，研究團隊提出了一種基于非對稱應(yīng)力場的高密度磁通釘扎中心構(gòu)建策略，顯著提升了鐵基超導(dǎo)線材的高場載流性能。該研究采用規(guī)模化擠壓成形技術(shù)，實現(xiàn)了靜水壓力與剪切應(yīng)力的協(xié)同調(diào)控，促使剛性晶格發(fā)生局部滑移與扭轉(zhuǎn)，誘導(dǎo)出高密度位錯，并進(jìn)一步通過熱處理優(yōu)化實現(xiàn)了位錯的有序排列，最終形成高效磁通釘扎網(wǎng)絡(luò)，顯著增強了強磁場下的磁通釘扎力。采用新策略制備的鐵基超導(dǎo)線材臨界電流密度（Jc）大幅提升，其中10?T的Jc從此前報道最高值1.5×105?A/cm2提升至4.5×105?A/cm2，30?T的Jc提高了5倍達(dá)到2.1×105?A/cm2，創(chuàng)造了鐵基超導(dǎo)線材載流性能新紀(jì)錄。
研究團隊為了驗證該鐵基超導(dǎo)線材在高場下的載流能力，需通過30 T以上的穩(wěn)態(tài)強磁場進(jìn)行強電傳輸測試。SHMFF是國內(nèi)唯一能同時滿足“大電流、大口徑、強磁場”三大關(guān)鍵測試條件的平臺，為該研究提供了不可替代的支撐作用。
該研究突破了在非金屬脆性晶格中引入高密度位錯的技術(shù)瓶頸，提出了一種可推廣應(yīng)用于剛性材料的位錯構(gòu)建通用方法，為發(fā)展低成本、高性能鐵基超導(dǎo)線材開辟了全新路徑。
此項工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院先導(dǎo)項目的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202513265
圖. 25-33 T強磁場下傳輸電流測試
