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上海交大首创国内百米级第二代高温超导带材

  创下“百米”纪录

  从2004年以后,美国、日本和德国的研发机构先后研制成功了长度超过100米且能够传输100安培以上超导电流的第二代高温超导带材。如今上海交大自主研发出的百米级高温超导带材,使中国也跻身该技术领域国际先进行列。目前该技术在国际上已处于大规模市场化应用的边缘,且其中超导层属稀土氧化物系列,我国在原材料方面具有资源优势。

  上海交通大学李贻杰教授科研团队于2008年底起承担科技部百米级第二代高温超导带材863重点项目研发任务。在总投入科研经费低于美、日、德等国的情况下,优化研发路线,历时3年,终于研发成功100米量级的第二代高温超导带材制备工艺,而美、日、德等国研发成功百米量级工艺,都用了近十年的时间。

  李贻杰教授介绍说,现在国内外研制第二代高温超导带材在技术上面临两个瓶颈问题:一是超导带材从实验室静态的短样制备,到动态连续化的工业制备,必须达到百米量级以上乃至公里量级的应用水平;二是1厘米宽的超导带材的载流能力应达100安培以上,未来目标是1000安培,以体现其性价比的优越性。上海交大研制成功了载流能力达到194安培、百米级的第二代高温超导带材, 这一阶段性成果有利于加快实现大规模商业化应用的最终目标。该技术已经解决了从实验室研究成果向产业化转移所必需克服的镀膜工艺的稳定性、重复性和可靠性等技术难点,为后续的产业化生产奠定了基础。

  “薄膜”刷新中国梦想

  在李贻杰教授的实验室,记者看到,百米级第二代高温超导带材像一层薄膜,金属基带的宽度为1厘米,厚度为80微米,而用于传输超导电流的稀土氧化物超导层的厚度还不到1微米。与传统的铜导线相比,相同横截面积超导带材的载流能力是铜导线的几百倍。

  随着国民经济的发展,国际原油、天然气的供应量短缺及价格上涨将会成为制约我国国民经济可持续发展的主要因素之一。为了保证经济社会的可持续发展,发展高温超导技术是2006年国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中重点发展的8个技术领域27项前沿技术之一,可谓是一个对未来发展的“中国梦想”。在科技部、上海市和学校的大力支持下,海外归来的李贻杰教授领衔的“高温超导带材实验室”从零起步,人员少、设备不足,为保证实验设备能连续运转,由教师、博士后研究人员和研究生组成的科研团队经常周末和节假日加班加点到深夜。短短两年,他们已掌握了连续化、动态准分子激光沉积制备种子层、隔离层、超导层的关键技术工艺过程,研究开发出了一整套具有我国自主知识产权的的第二代高温超导带材制造技术。

  李贻杰教授希望,他们能地一步建成中试规模的带材生产线,开展超导应用研究,孵化出掌握核心技术的高新技术企业,打造一个完整的超导带材产业链。一根超导带材或牵引一场产业革命

  高温超导技术被喻为二十一世纪最具潜力的电工技术,许多国家已将发展超导产业上升到战略高度,美国将其2030智能电网的目标定为超导电力,据预测其形成的超导产业规模将会超过数十万亿美元。近年来随着超导带材制备技术的不断提高,其成本正在快速下降,目前同样规格的带材价格仅为5年前的五分之一。国家能源智能电网(上海)研发中心的负责人、上海交大电气工程系金之俭教授认为,超导技术的发展将对未来的电力工业带来革命性的影响。超导应用研究目前主要集中在超导电缆、超导限流器和超导电机等应用领域。国内外近两年有多个超导电缆项目投入建设,我国国家电网公司正在规划建设国际上最长的一公里超导电缆项目。超导限流器的应用可以有效提高电网的可靠性。我国35kV等级的限流器已完成挂网运行,220kV的超导限流器正在计划投运;国外新一代电阻型超导限流器也已进入商业化试点运营,138kV超高压电阻型超导限流器计划将在2011年完成测试运行。