歐盟開發(fā)超導(dǎo)電纜 可用于惡劣環(huán)境的保護(hù)

相比于傳統(tǒng)的銅或鋁電纜，超導(dǎo)材料是一種具有極低功耗的導(dǎo)電體。同時，超導(dǎo)材料能產(chǎn)生極強(qiáng)的磁性，可用于醫(yī)療用的磁共振成像(MRI)掃描儀。

然而，可商用的超導(dǎo)材料需要在極低溫度(零下250℃)才能工作，從而導(dǎo)致維護(hù)成本高昂。新型高溫超導(dǎo)材料很脆，難以形成線材或帶材，限制了工業(yè)應(yīng)用。

歐盟資助的項(xiàng)目——EUROTAPES已經(jīng)開發(fā)出了一種沒有以上限制的制備超導(dǎo)帶材的方法。該方法改造自噴墨打印技術(shù)，將超導(dǎo)材料包覆在絕緣線纜里面制得可商用長線纜，使其能在更高溫度(零下180℃)下使用。

該項(xiàng)目開發(fā)了兩項(xiàng)新技術(shù)。第一項(xiàng)技術(shù)是帶材的化學(xué)沉積工藝，該技術(shù)已申請專利。第二項(xiàng)技術(shù)是作為“油墨”的納米復(fù)合材料(尺寸在1至100納米范圍內(nèi)材料的混合物) “打印”超導(dǎo)帶材的方法。

來自西班牙巴塞羅那材料科學(xué)研究所的項(xiàng)目協(xié)調(diào)員Xavier Obradors表示，相比于現(xiàn)有的方法，這項(xiàng)技術(shù)大大降低了超導(dǎo)材料的生產(chǎn)成本，這是一個重大的突破。

能源和工業(yè)

Obradors解釋說，超導(dǎo)帶材的需求是非常大的。這項(xiàng)技術(shù)還能為可再生能源服務(wù)，因?yàn)槔眠@種帶材制得的電纜在輸電過程中沒有電能損耗，而且智能電網(wǎng)中超導(dǎo)帶材器件有助于平衡風(fēng)能和太陽能發(fā)電時產(chǎn)生的間歇性電力供應(yīng)。

Obradors稱，超導(dǎo)線材能提高風(fēng)力渦輪機(jī)當(dāng)前產(chǎn)量的兩倍。這是因?yàn)槟壳帮L(fēng)力渦輪機(jī)使用銅線圈將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，限制了最終能夠產(chǎn)生的電能總量，而超導(dǎo)線圈沒有這個限制。

他還表示，超導(dǎo)帶材還可作為核聚變用的高場磁體。

醫(yī)療部門也可從該項(xiàng)目的工作中獲益。例如，磁共振成像掃描儀采用強(qiáng)磁場和無線電波，從而取代X-射線掃描儀。這種設(shè)備如果采用高溫超導(dǎo)材料，將不再需要昂貴的冷卻劑，因?yàn)槌瑢?dǎo)材料產(chǎn)生的磁場越高，獲得的圖像分辨率也越高。Obradors補(bǔ)充說印刷工業(yè)本身還具有其他的應(yīng)用潛力。它可用以生產(chǎn)紡織品以及電子器件的納米涂層，也可用于惡劣環(huán)境的保護(hù)，有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新。

新方法、新材料

EUROTAPES的方法將超導(dǎo)材料制成油墨，使其更容易加工。不同金屬氧化物微粒懸浮于化學(xué)試劑中，“打印”油墨使其相互疊壓，從而制備含有超導(dǎo)層及其他材料的帶材。

該技術(shù)的關(guān)鍵在于控制氧化物微粒的結(jié)構(gòu)以及“油墨”的穩(wěn)定性。另外，找到帶材所需的合適的超導(dǎo)材料和非超導(dǎo)材料的組合也是很重要的，Obradors補(bǔ)充說明。

他解釋說，材料的混合使得帶材變厚，從而允許傳輸更多的電流以及產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場。

組成帶材的額外金屬和絕緣材料層可以起到保護(hù)超導(dǎo)材料的作用，同時增加產(chǎn)生的能量。Obradors表示，噴墨打印技術(shù)越容易，相比于不同涂層的組合效果就越好。

采用這種方法首次打印出了高性能、低成本的長帶。他說：“與現(xiàn)有技術(shù)相比，我們是很有競爭力的。我們需要證明我們在做一些新的有價值的事情。”

在項(xiàng)目余下的時間中(項(xiàng)目將于2017年2月截止)，研究團(tuán)隊(duì)主要研究材料和技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。Obradors說，他們計(jì)劃簡化生產(chǎn)工藝，找出每個應(yīng)用的最佳導(dǎo)體，建立生產(chǎn)控制的可視化系統(tǒng)。希望在項(xiàng)目結(jié)束時能制造出500米的長帶，以顯示他們的技術(shù)具有實(shí)用價值。