中國粉體網訊 超導材料的發現和發展至今已經有100多年的歷史了，從1911年發現之日起便引起了全世界各國科研工作者的關注。在對其研究不斷取得突破和進展的同時，由于其自身的性質以及對液氦溫區工作環境的需求，限制了它的應用發展。直到1986年高溫超導材料( HTS) 的發現，超導材料從研究階段向應用發展階段轉變。經過人們20多年的努力，高溫超導材料及其相關科學技術得到了快速的發展，并在電力、交通和醫療等領域相繼得以應用。作為當代科學領域中最重要的研究課題之一，超導技術被認為是未來具有戰略意義，有著巨大商業價值和廣闊應用前景的高新技術。
目前，高溫超導材料中應用最為廣泛的是釔系(YBCO)、鉍系(BSCCO)和二硼化鎂(MgB2)。
近日，蘭州大學宣布的科研成果便是在YBCO超導塊材3D打印制備技術上取得突破，涉及到新型成型工藝——3D打印在YBCO高溫超導材料中的應用。
綠色超導YBCO塊材制備工藝示意圖
釔系高溫超導體是當前已知的高溫超導體中研究得最透徹的一種，YBCO大約在92K 顯示出超導電性，并且超導相的比例極高。目前制備超導性能優異的粉末、高度致密塊材或薄膜最常用的方法是粉末裝管法(PIT)和外延生長法。此外，雖然在眾多沉積方法中脈沖激光沉積法(PLD)是應用最廣泛的一種沉積方法，但由于PLD法要使用昂貴的大功率、高真空裝置以及工業用激光源，而不太適合大規模產業化。
本次周又和教授團隊提出的YBCO超導塊材3D打印制備技術，解決了現有3D打印陶瓷材料中面臨的高收縮率問題(原有可到50%)，實現了3D打印超導材料高保型性，為YBCO超導塊材的高精度制備奠定了基礎。同時，這一新工藝的燒結與補氧耗時均比傳統工藝大為縮短，提高了超導材料的制備效率。周又和團隊采用3D制備出的多孔、多尺度、多層構型的YBCO塊材具有質量密度僅為每立方厘米1.38克，為目前國際最低值，約為傳統冷壓燒結工藝制備樣品的1/3；臨界電流密度高于傳統燒結方法樣品約3.15倍等優點。
該技術得到了成果評審人員的認可，他們認為該技術方法是一種先進且具有工業化應用潛力的3D打印YBa2Cu3O7超導陶瓷坯體巧妙制備方法。
同時，該技術也為今后其它需要增韌改性的超導材料3D打印制備奠定了基礎，周又和的團隊正在就此進行工藝改進及其制備研究。
早在2015年在浙江大學召開的3個固體力學國家基金委創新研究群體交流會上，時任基金委主任楊衛院士指出：超導材料的固有脆性極大地制約了超導應用的力學性能，其超導性與力學性能是一大矛盾，建議蘭州大學將增韌改性進行攻關。隨后，周又和教授團隊就YBCO塊材的燒結制備、納米釘扎、晶向控制等開展了基礎性探索工作。
本次研究成果也是繼周又和研究團隊在成功制備出電阻最低、力學強度與本體材料相當的高性能接頭材料后，在超導材料改性制備方面的又一次突破。
參考來源：
[1]蘭州大學周又和團隊在YBCO超導塊材3D打印制備技術上取得新突破.蘭州大學
[2]吳興超.高溫超導材料的發展和應用現狀
（中國粉體網編輯整理/山川）
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