室温超导带材

1 概要描述与关键技术

1.1 室温超导带材技术

截至目前，室温超导材料尚未发现，人们更多的寄希望于在新材料体系中发现临界温度在室温以上的材料；与此同时，对于已发现的超导体系，通过施加外部条件（高压、激光诱导等）或者改变其微观环境（界面结构等）也被发现可以实现临界温度的提高。以Y系为代表的第二代高温超导涂层导体是最具应用潜力的超导材料，我国最近已有能力制备临界电流超过300 A/cm的公里级带材（见图1）。随着对超导机制的理解不断加深，制备技术更加成熟，通过诸如纳米掺杂、构建界面结构、外部条件诱导等可能手段，在现有第二代高温超导带材相对成熟的制备工艺基础之上开发出具有更高临界温度乃至室温的超导带材，远景可期。

王斌斌

上海交通大学物理与天文系

硕士研究生

图1 第二代高温超导带材示意图

1.2 室温超导材料的颠覆性表现

（1）可以解决目前超导材料需要在液氮温区甚至液氦温区工作的限制。

（2）大大降低超导材料使用成本，催生一大批颠覆性的新产品和技术。

（3）超导独有的极低电阻可以分别在提高能源利用率和制造磁约束核聚变能源上发挥巨大价值。

正如半导体带来了计算时代、光纤带来了传讯时代，毫无疑问，室温超导的发现和应用还将会催生一系列改变人类生活方式的新技术，给电力、能源、交通等领域带来革命性的技术进步。

2 应用意义与前景

目前，工作在液氮和液氦温区的第二代高温超导材料已经在众多领域实现了应用（见图2），然而过低的工作温度仍然制约了超导材料的进一步推广。室温超导的发现和应用将会产生巨大的经济、社会价值。

图2 超导应用领域

仅仅以节能为范例，由于超导材料电阻极小，将能大幅度地降低输电过程中的电力损耗。常规铜或铝导线输电系统中，约15%的电能损耗在输电线路上；2014年全社会用电量55233亿kW时，全国线路损失率6.34%，年电量损耗高达3500亿kW时，相当于3～4个投资在千亿元以上的核电站总发电容量；同时，伴随国家发展需求及能源结构调整，2000年以来，我国全国用电量增速均值保持在10%以上，这也意味着需要建设更多的传统电网，而如果将现有电网全部改用超导电缆，其负载能力可以提高20倍。