Выпуски бюллетеня

ТомНомер
13 1
12 1 2 3 4 5 6
11 1 2 3 4 5 6
10 1 2 3 4 5
9 1 2 3 4 5
8 1 2 3 4 5
7 1
6 1 2 3 4
5 1 2 3 4 5 6
4 1 2 3 4 5 6
3 1 2 3 4 5 6
2 1 2 3 4 5
1 1 2
0 0

Тематический указатель

Обзор современного состояния разработок в области ВТСП-2 по результатам представленных на EUCAS-2015 докладов

2015, Tом 12, выпуск 5
Тематика: Вести с конференций

С 6 по 10 сентября 2015 года в городе Лион, Франция прошла очередная - 12-я Европейская конференция по прикладной сверхпроводимости (EUCAS-2015). На этой конференции были представлены последние достижения в области технологии производства сверхпроводников и их применений в области электроэнергетики, индустриальной физики и медицины. На конференции специалистами из 50 стран мира было представлено более 1000 устных и стендовых докладов. Из-за обилия материала первую часть обзора посвящена рассмотрению последних достижений в области получения высокотемпературных сверхпроводящих лент второго поколения (ВТСП-2) и исследованию их характеристик.

Конференция EUCAS-2015 была разделена на четыре основные секции: по электронике на основе сверхпроводников, устройствам на основе сверхпроводников, сверхпроводящим материалам, а также исследованию характеристик проводов и лент. На пленарных докладах рассматривались наиболее важные вопросы низкотемпературной и высокотемпературной сверхпроводимости. Одним из них был доклад доктора Теруо Изуми, который представил современное состояние разработок в области создания ВТСП‑2 в Японии. Разработка ВТСП-2 в Японии ведется с момента открытия ВТСП (Рис. 1). В настоящее время для создания ВТСП-2 используются самые современные химические и физические методы нанесения сверхпроводящих покрытий.

Одним из наиболее развиваемых методов нанесения буферных и сверхпроводящих покрытий в Японии является IBAD-PLD метод (см. Рис. 2). В качестве буферного покрытия используется широкий спектр материалов (MgO, GZO, YSZ, CeO2, LMO, Y2O3), а сверхпроводящим покрытием является слой Y-123, Sm-123, Gd-123 или Eu-123 толщиной 1-3 мкм.

 

Рис. 1 - Открытие ВТСП в Японии.

Рис. 2. Разрабатываемые в Японии методы нанесения буферных и сверхпроводящих покрытий

Детальное исследование физических свойств позволило создавать уникальные по своим характеристикам ВТСП-2 ленты рекордной длины (критический ток 580 А на длине отрезка 1040 м, см. Рис. 3). Благодаря этому стоимость ВТСП-2 лент постоянно снижается. 

Рис. 3. Прогресс в области создания ВТСП-2 проводников ведущими мировыми производителями.

На базе ВТСП-2 проводников в Японии уже созданы кабели с высокой токонесущей способностью, ограничители тока короткого замыкания, трансформаторы, электродвигатели и целый ряд другого оборудования (Рис. 4). 

Рис. 4. Реализованные в Японии проекты сверхпроводящих устройств  на основе ВТСП-2.

Благодаря развитию технологии производства ВТСП-2 проводников и увеличению их токонесущей способности за счет введения искусственных центров пиннинга,  планируется создание материалов с низкой анизотропией свойств, что позволит значительно расширить потенциальную область применения. На сегодняшний день уже достигнуты рекордные значения токов на ВТСП-2 лентах с искусственными центрами пиннинга - 907/см-ширины в магнитном поле 16 Тл при температуре 4.2K (см. Рис. 5). Кроме того проводится активная разработка новой технологии производства на основе химического метода осаждения сверхпроводящего покрытия - метода TFA-MOD (см. Рис. 6). На длине отрезка 124 м значение критического тока варьируется в пределах 80 А в поле 3 Тл и при температуре 77К.

Рис. 5. Токонесущая способность ВТСП-2 лент с искусственными центрами пиннинга при различных температурах.

Дальнейшее развитие работ в области сверхпроводимости в Японии базируется на снижении стоимости процесса напыления и увеличения токонесущей способности ВТСП-2 лент, что позволит создать новые материалы, так называемые ВТСП ленты третьего поколения, отличающиеся более высокой критической плотностью тока, низкой анизотропией свойств, малыми потерями на переменном токе и низкой стоимостью.

Рис. 6. Развитие технологического процесса для производства ВТСП-2 в Японии.

С другим пленарным докладом о современном состоянии разработок в области сверхпроводящих материалов и их применения в Китае выступил профессор Пингсиан Зан. Наряду с Японией и Кореей, Китай занимают лидирующие позиции в области сверхпроводимости. Общая сумма капиталовложений в разработку высокотемпературных сверхпроводящих материалов за 2011-2015 гг. составляет порядка 100 миллионов юаней (15,71 миллионов долларов, см. Рис. 7). В Китае также активно ведутся работы по усовершенствованию технологии получения ВТСП материалов.

Разработка ВТСП-2 проводников ведется на базе трех организаций. Пекинский институт технологий занимается полировкой металлической ленты-подложки. На сегодняшний день он способен выпускать отрезки лент шириной 12 мм и длиной до 1000 м (см. Рис. 8). Скорость процесса составляет 60 м/час. Институт Шучжоу (SAMRI) развивает химический метод (MOCVD) нанесения сверхпроводящих пленок на основе YBCO, а Шанхайский университет работает с физическим методом нанесения покрытий (PLD) (см. Рис. 8). Для нанесения буферного покрытия в обоих случаях используется технология IBAD-MgO, толщина наносимого буферного покрытия составляет 10-60 нм при скорости нанесения 60-300 м/час. Для химического метода нанесения достигнуто среднее значение критического тока 280 А/см при температуре 77 К в собственном поле. Длина отрезка ВТСП-2 проводника достигает более 1000 м. Скорость процесса составляет 50-100 м/час.  

Рис. 7.  Финансирование разработок ВТСП проводников в Китае. 

Рис. 8. Развитие технологии производства ВТСП-2 лент в Китае.

Для физического метода нанесения достигнуто среднее значение критического тока 500 А/см при температуре 77 К в собственном поле. Длина отрезка ВТСП-2 проводника достигает более 1000 м (см. Рис. 8). Правительство Китая продолжает активно поддерживать развитие области сверхпроводимости, что подтверждается разработанной дорожной картой (см. Рис. 9).

Рис. 9. Дорожная карта развития сверхпроводящей отрасли в Китае.

Наиболее интересными были секции по последним достижениям в области производства проводов и лент, на которых результаты по производству ВТСП-2 лент представили такие компании как SuperPower, Sunam, STI, SuperOx и Bruker. Профессор Сан-Им Ю (Sunam) доложил о последних достижениях по производству ВТСП-2 лент на основе GdBCO с использованием RCE-DR процесса с улучшенными искусственными центрами пиннинга. Согласно полученным результатам, внедрение частиц Gd2О3 в качестве искусственных центров пиннинга в GdBCO является весьма эффективным способом увеличения токонесущей способности. Исследовались различные режимы термообработки для насыщения сверхпроводящего слоя кислородом (см. Рис. 10).

Рис. 10. Последние достижения по токонесущей способности ВТСП-2 лент производство компании Sunam по технологии RCE-DR.

Об успехах в производстве ВТСП-2 лент с внедренными центрами пиннинга для использования в установках с сильным магнитным полем и установках, работающих на переменном токе, было доложено профессором Венкатом Сильваникамом (SuperPower). Представлены данные о повышении токонесущей способности в легированных ВТСП-2 лентах при температуре 40 К в четыре раза по сравнению с ВТСП-2 лентами без искусственных центров пиннинга (см. Рис. 11). 

Рис. 11. Увеличение токонесущей способности за счет введения искусственных добавок в ВТСП ленты SuperPower/UH.

Специалистами компании STI было доложено о создании технологического участка для производства ВТСП-2 проводников длиной до 1 км. Согласно их данным, за 2014 г было выпущено порядка 750 км ВТСП-2 ленты шириной 4 мм. Критический ток проводника составляет от 400 до 800 А/см при температуре 77 К. Проводится дальнейшая оптимизация технологических процессов, как для повышения критических параметров, так и расширению номенклатуры применения (см. Рис. 12).

Рис. 12. Результаты, достигнутые компанией STI за 2014 год.

Представленный обзор не охватывает и малой части докладов, которые были представлены на конференции. Однако, можно сделать вывод, что развитие технологии ВТСП-2 продолжается быстрыми темпами. Специалисты ведущих международных компаний уже разработали способы увеличения токонесущей способности ВТСП-2 лент. Ведется работа над созданием длинномерных (более 500 м) ВТСП-2 лент, продолжаются работы по снижению анизотропии. Правительства Китая, США, Кореи, Германии, Японии оказывают активную финансовую поддержку сверхпроводниковой индустрии. На сегодняшний день, единственной преградой для широкого внедрения ВТСП-2 лент остается высокая стоимость исходных материалов и технологического процесса.

 

 

 

 

 

 

 

Материалы подготовлены

на основе презентаций, представленных

на конференции EUCAS-2015,

проходившей в начале сентября

в Лионе, Франция. 

 

 

 

П.Н. Дегтяренко

Главная | Новости | Бюллетень | Конференции | Поиск публикаций в базе данных | Новое в базе данных
Российские организации | Энциклопедия | Цели сайта | Контакты | Полезные ссылки | Карта сайта | Помощь

© Copyright 2006-2012. Использование материалов сайта возможно только с обязательной ссылкой на сайт.
Свои замечания и пожелания вы можете направлять по адресу perst@isssph.kiae.ru
Техническая поддержка Alexey, дизайн Teodor.