ReBCO高温超导材料的发展现状

第一代高温超导材料已经商业化，但是它的成本居高不下，已经基本达到下限，难以满足大规模应用的要求；相比而言，第二代高温超导材料的成本具有很大的调节空间，而且它具有许多第一代高温超导材料不具备的优势，因此是目前高温超导导线发展的主要方向和热点。

美国的高温超导发展模式是政府牵头，在美国能源部（Department of Ener-gy，DOE）的支持下，由政府和企业共同出资，促进高科技公司企业、国家实验室、大学之间的紧密合作，共同进行高温超导材料的研发工作。在2000年，美国能源部（DOE）和能源技术办公室（OPT）就开始了ACCI（Accelerated Coated Conductor Initiative）计划，每年投资1000万美元用于加速高性能YBCO第二代高温超导导线的连续制备技术的研究，以确保美国在这一领域的领先地位。

经过十几年的发展，美国的第二代高温超导导线的制备技术已经相当成熟，在这方面具有代表性的公司和国家实验室有：SuperPower公司和美国超导体公司（American Superconductor Corporation，AMSC）、洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Lab，LANL）和橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laborato-ry，ORNL）等。国家实验室负责YBCO生长机理的探索、制备技术的研发和优化，公司企业负责把这些技术规模化、产业化。

SuperPower和洛斯阿拉莫斯国家实验室合作，采用的是IBAD技术路线。他们在Hastelloy镍基合金基带依次沉积Al₂O₃、Y₂O₃之后，利用IBAD技术沉积具有双轴织构的MgO，然后外延生长一层LaMnO₃，最后通过MOCVD方法沉积YBCO。目前，SuperPower已经具备制备千米级YBCO线材的能力，2011年的产量是150km，平均临界电流达到300A/cm-宽度@（77K，0T）^[15]。AMSC采用的是RABiTS路线，采用的基带是RABiTS技术制备的Ni-W合金基带，YBCO超导层的制备采用的是MOD方法^[16]，年产量大于700km。目前，两家公司均有适用于不同器件（如电缆、磁体）的各种YBCO导线的现货出售。

日本的高温超导的发展模式和美国的比较相似，政府部分NEDO（NewEn-ergy industry technology Development Organization）出资支持，实验室和公司企业紧密合作，共同研发。其组织形式是由日本国际超导产业技术研究中心（ISTEC）带头，承接NEDO项目，许多公司和研究机构，如藤仓公司（Fujiku-ra）、昭和电缆（Showa）、日本住友电工（SUMITOMO）、日本中部电力（Chu-bu）等，参与其中，共同完成超导导线的制备研发、应用开发以及把这些技术产业化、商业化的工作。

在第二代导线制备方面，Fujikura处于第一位。最早将IBAD技术引入第二代高温超导导线制备领域的就是日本Fujikura公司，从1991年开始，他们就开始基于IBAD技术的第二代高温超导材料制备技术的研发^[17]。早期，他们使用IBAD技术在Hastelloy镍基合金上沉积氧化钇稳定氧化锆（Yttria-StabilizedZirco-nia，YSZ）来引入双轴织构，使用PLD方法制备YBCO超导层，在21世纪初，已具备生产米级线材的能力^[18]。2002年，他们发现Gd₂Zr₂O₇（GZO）只需要YSZ的一半厚度就能形成双轴，于是他们使用GZO代替YSZ作为引入双轴织构的过渡层来提高线材的制备速率^[19]。2004年，Fujikura制备出世界上第一根100m级二代超导线材^[20]；2004年左右，在NEDO项目的支持下，他们引入具有110cm×15cm的辅助源的Reel to Reel IBAD系统，使得制备长带的能力大大提高^[21]。(www.xing528.com)

Showa在第二代导线制备方面使用的是Fujikura提供的基带（在Hastelloy镍基合金上通过IBAD技术沉积GZO形成双轴织构后再通过PLD方法外延生长一层CeO₂），然后通过TFA-MOD的方法生长YBCO，这是唯一与Fujikura有区别的地方。目前，他们制备的导线也达到了500m，77K自场中临界电流达300A/cm-宽度^[22]。

欧洲在第二代导线制备方面具有代表性的是德国的Bruker公司和Theva公司，Bruker公司采用的ABAD（Alternating BeamAssisted Deposition）路线，他们在2009年报道已经制备出3000m的YBCO导线，在77K的自场临界电流250～500A/cm-宽度^[23]。Theva公司采用的ISD路线，他们的工作主要集中于研发Re-BCO厚膜的制备技术^[24]。

韩国的SuNAM公司是新起之秀，他们于2009年引进二代导线生产线之后，二代导线的制备能力突飞猛进，现在已经在二代导线的市场中占有一定的份额，他们采用的IBAD路线，所制备导线的结构的唯一不同点是它的超导层是使用电子束共蒸发方法制备的REBCO^[25]。

我国从20世纪90年代初期就开始了第二代高温超导导线制备技术的研究，在“863”计划和“973”计划的支持下，国内的一些研究单位，包括西北有色金属研究院、北京有色金属研究院、清华大学、上海交通大学、成都电子科技大学等^[26]，在二代导线的金属基底、过渡层、超导层的制备、表征等方面也进行了一定的研究。目前，在国内上海超导公司等单位具有制备二代导线的能力。