欧盟开发超导电缆 可用于恶劣环境的保护

相比于传统的铜或铝电缆，超导材料是一种具有极低功耗的导电体。同时，超导材料能产生极强的磁性，可用于医疗用的磁共振成像(MRI)扫描仪。

然而，可商用的超导材料需要在极低温度(零下250℃)才能工作，从而导致维护成本高昂。新型高温超导材料很脆，难以形成线材或带材，限制了工业应用。

欧盟资助的项目——EUROTAPES已经开发出了一种没有以上限制的制备超导带材的方法。该方法改造自喷墨打印技术，将超导材料包覆在绝缘线缆里面制得可商用长线缆，使其能在更高温度(零下180℃)下使用。

该项目开发了两项新技术。第一项技术是带材的化学沉积工艺，该技术已申请专利。第二项技术是作为“油墨”的纳米复合材料(尺寸在1至100纳米范围内材料的混合物) “打印”超导带材的方法。

来自西班牙巴塞罗那材料科学研究所的项目协调员Xavier Obradors表示，相比于现有的方法，这项技术大大降低了超导材料的生产成本，这是一个重大的突破。

能源和工业

Obradors解释说，超导带材的需求是非常大的。这项技术还能为可再生能源服务，因为利用这种带材制得的电缆在输电过程中没有电能损耗，而且智能电网中超导带材器件有助于平衡风能和太阳能发电时产生的间歇性电力供应。

Obradors称，超导线材能提高风力涡轮机当前产量的两倍。这是因为目前风力涡轮机使用铜线圈将风能转变为电能，限制了最终能够产生的电能总量，而超导线圈没有这个限制。

他还表示，超导带材还可作为核聚变用的高场磁体。

医疗部门也可从该项目的工作中获益。例如，磁共振成像扫描仪采用强磁场和无线电波，从而取代X-射线扫描仪。这种设备如果采用高温超导材料，将不再需要昂贵的冷却剂，因为超导材料产生的磁场越高，获得的图像分辨率也越高。Obradors补充说印刷工业本身还具有其他的应用潜力。它可用以生产纺织品以及电子器件的纳米涂层，也可用于恶劣环境的保护，有望实现产品创新。

新方法、新材料

EUROTAPES的方法将超导材料制成油墨，使其更容易加工。不同金属氧化物微粒悬浮于化学试剂中，“打印”油墨使其相互叠压，从而制备含有超导层及其他材料的带材。

该技术的关键在于控制氧化物微粒的结构以及“油墨”的稳定性。另外，找到带材所需的合适的超导材料和非超导材料的组合也是很重要的，Obradors补充说明。

他解释说，材料的混合使得带材变厚，从而允许传输更多的电流以及产生更强的磁场。

组成带材的额外金属和绝缘材料层可以起到保护超导材料的作用，同时增加产生的能量。Obradors表示，喷墨打印技术越容易，相比于不同涂层的组合效果就越好。

采用这种方法首次打印出了高性能、低成本的长带。他说：“与现有技术相比，我们是很有竞争力的。我们需要证明我们在做一些新的有价值的事情。”

在项目余下的时间中(项目将于2017年2月截止)，研究团队主要研究材料和技术的工业应用。Obradors说，他们计划简化生产工艺，找出每个应用的最佳导体，建立生产控制的可视化系统。希望在项目结束时能制造出500米的长带，以显示他们的技术具有实用价值。