從2008年制備出世界首根鐵基超導線帶材，到目前將其載流性能提高到10T的強磁場下17000安培每平方厘米的國際最高紀錄，中國科學院電工所馬衍偉領(lǐng)導研究組始終在高性能鐵基超導材料的研制中保持國際領(lǐng)先水平。
傳輸電流從零到萬的突破
今年年初，中國科學院電工所（以下簡稱電工所）應用超導重點實驗室副主任馬衍偉帶領(lǐng)研究組，采用粉末裝管法（Powder-in-tube，簡稱PIT法），在國際上率先制備出高性能的122型鐵基超導多芯線帶材。
在電工所“一三五”戰(zhàn)略規(guī)劃中，“超導與電工新材料及其應用”是五個重點培育方向之一，馬衍偉帶領(lǐng)研究組在鐵基超導線帶材的制備及性能研究中取得重要進展。
長年的科研積累讓馬衍偉獲得了多項殊榮，包括國家杰出青年基金獲得者、中科院“百人計劃”入選者、“新世紀百千萬人才工程”國家級人選等，他告訴《中國科學報》記者：“雖然我們的鐵基超導材料實用化研究領(lǐng)先了一步，如何不被超越還需要付出更多的努力。”
首根超導線材問世
2008年，日本科學家發(fā)現(xiàn)了一種鐵基超導材料，該材料目前最高的超導轉(zhuǎn)變溫度達到55K，上臨界場超過100T，在高場磁體中具有廣闊的應用前景。
在鐵基超導材料發(fā)現(xiàn)后，馬衍偉領(lǐng)導研究小組采用PIT法，首次成功研制出轉(zhuǎn)變溫度達25K的鐵基鑭氧鐵砷線材，這是世界上第一個將鐵基新超導材料加工成超導線材的工作。
從2008年制備出世界首根鐵基超導線帶材，到目前將其載流性能提高到10T的強磁場下17000安培每平方厘米的國際最高紀錄，中國科學院電工所馬衍偉領(lǐng)導研究組始終在高性能鐵基超導材料的研制中保持國際領(lǐng)先水平。
隨后，馬衍偉研究小組采用銀包套材料—摻雜改性—先位燒結(jié)等新工藝，解決了包套管與超導芯易反應、雜相多、密度低等難題，進一步提高了鐵基超導線帶材的臨界電流密度。
2011年，研究小組將軋制織構(gòu)和化學摻雜相結(jié)合，有效抑制了鐵基超導體的弱連接問題，顯著提高了鐵基超導線帶材的載流能力，測得鐵基超導線帶材的臨界傳輸電流達到180安培，相應臨界電流密度超過25000安培每平方厘米，處于當時世界領(lǐng)先水平。
從第一根鐵基超導線材的傳輸電流零安培提高到180安培，馬衍偉研究小組只用了不到3年時間。
而在實際應用中，為了防止磁通跳躍，增強超導線載流穩(wěn)定性，必須使用具有多芯結(jié)構(gòu)的超導線材。不久前，馬衍偉研究小組在不斷提高單芯鐵基超導線帶材性能的基礎(chǔ)上，開展了多芯鐵基超導線帶材的研制工作。
今年年初，馬衍偉研究小組以制備單芯線材所采用的PIT法為基礎(chǔ)，將單芯銀包套的線材進行二次裝管，克服了復合包套多芯結(jié)構(gòu)在成型加工中的諸多困難，最終成功制備出了高性能鐵銀復合包套的七芯122型超導線帶材。“這是鐵基超導線帶材研制方面的一個重大突破，對于強電應用具有重要意義。”
一路走來，馬衍偉研究小組讓鐵基超導材料距離應用又近了一步，并且打敗了眾多的國際同行，取得了領(lǐng)先的地位。
今年年初，中國科學院電工所（以下簡稱電工所）應用超導重點實驗室副主任馬衍偉帶領(lǐng)研究組，采用粉末裝管法（Powder-in-tube，簡稱PIT法），在國際上率先制備出高性能的122型鐵基超導多芯線帶材。
從領(lǐng)先到精益求精
馬衍偉至今還記得研究小組于2008年研制出第一根鐵基超導線材，雖然得到國內(nèi)外同行的關(guān)注，但當時測得傳輸電流為0，這讓馬衍偉心里很清楚，這根鐵基超導線材并不合格。
2009年，馬衍偉帶領(lǐng)團隊在鐵基超導材料中加入銀作為添加劑，增強了超導材料的晶粒連接性，從而使鐵基超導線帶材的電流密度得到很大提升，首次測得每平方厘米1300安培的超導電流。
“雖然電流還是很小，但這說明我們在前進。”馬衍偉肯定地表示。隨后，團隊又陸續(xù)摻入新的添加劑，并進一步改進制備工藝，采用機械軋制方法使鐵基超導體晶粒有序排列，進一步提高了晶粒之間的耦合。
2011年，通過高分辨透射電子顯微術(shù)和電子能量損失譜等先進表征手段，研究小組首次直接觀測到122型鐵基超導體晶界中存在的富氧非晶層，并深入分析了其形成機理，為進一步提高鐵基超導線帶材的性能奠定了基礎(chǔ)。
繼2011年該團隊在線帶材臨界電流獲得重大突破后，2012年他們通過進一步優(yōu)化織構(gòu)化鐵基超導帶材的制備工藝，再一次大幅度提高了超導電流，其臨界電流密度在10T的強磁場下達到17000安培，進一步證明了鐵基超導材料在強電應用上的巨大潛力。
今年年初，中國科學院電工所（以下簡稱電工所）應用超導重點實驗室副主任馬衍偉帶領(lǐng)研究組，采用粉末裝管法（Powder-in-tube，簡稱PIT法），在國際上率先制備出高性能的122型鐵基超導多芯線帶材。
如何保持不被超越
采訪中，馬衍偉多次提及鐵基超導材料的實用化研究在國際上炙手可熱，處于你追我趕的態(tài)勢，研究成果隨時可能被超越。雖然目前團隊的研究成果處于世界領(lǐng)先的地位，但競爭對手虎視眈眈，如果不抓緊下一步的研發(fā)，遲早將會落后于人。
記者來到馬衍偉研究小組的實驗室，看到一根不到一米的金屬管通過軋制后逐漸變長的過程，雖然使用的是替代金屬管，而不是超導材料，但實驗室工作人員還是為記者很好地呈現(xiàn)了一幅鐵基超導線帶材料工藝的現(xiàn)場。
記者還發(fā)現(xiàn)，實驗室很多設(shè)備都是國產(chǎn)常見機器，原來這也是PIT法價格低廉的部分原因。
馬衍偉告訴記者，鐵基超導芯中存在的空洞、微裂紋、雜相、晶界處的非晶相和其他的一些晶體缺陷等，極大限制了材料中電流的傳輸，因此必須開發(fā)新方法和優(yōu)化熱處理的工藝，進一步減少雜相，提高超導相的純度，同時也可以使用冷壓法提高超導芯的致密度。
為此，研究小組下一步的工作重點是改進熱處理和軋制組織工藝，優(yōu)化長線的均勻性和整體性能、降低制作成本、提高熱穩(wěn)定性和機械性能，希望獲取具有實際應用價值的鐵基超導線帶材料。
這些均需要新的實驗來完成，馬衍偉向記者介紹，不久實驗室還將添置新的設(shè)備，以保證實驗的下一步工作進展順利。
馬衍偉研究小組的鐵基超導材料研發(fā)得到了科技部、北京市科委、國家自然科學基金委的大力支持，當記者問及作為應用技術(shù)，為何不找一些大型企業(yè)合作時，馬衍偉表示，企業(yè)決策者與研究人員往往是兩套思路，前者趨于利益，后者純粹研發(fā)。
目前超導材料還沒有達到大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的一步，為此馬衍偉希望自己的研究小組先踏踏實實做好純粹的科研。
