“如何提升帽子層與超導層之間的結(jié)合強度和力-電綜合性能？如何闡明“激光參數(shù)-等離子體羽輝-薄膜生長”的跨尺度物理機制，并構(gòu)建可預測、可調(diào)控的工藝模型？”1月26日，中國科學院物理研究所正式發(fā)布《2025年度REBCO高溫超導帶材戰(zhàn)略研究報告》，首次提出了該領域面臨的“十大關鍵科學技術(shù)問題”。

這是國際首個聚焦高溫超導帶材發(fā)展的戰(zhàn)略研究報告，系統(tǒng)梳理了稀土鋇銅氧（REBCO）高溫超導帶材在全球范圍內(nèi)的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化與應用現(xiàn)狀，為實現(xiàn)高溫超導材料的大規(guī)模應用提供了清晰的路線圖。

超導材料具有零電阻和完全抗磁性等非凡特性，被視為21世紀極具戰(zhàn)略價值的前沿材料，在能源、交通、醫(yī)療、科研等多個關鍵領域有廣闊應用前景，是推動未來技術(shù)突破的重要基石。然而，傳統(tǒng)超導材料需要在極低的液氦溫度（-269℃）下工作，制冷成本高且依賴稀缺的氦資源。因此，過去幾十年里，超導技術(shù)的應用一直局限于大型科研裝置（如粒子加速器）和高端醫(yī)療設備（如核磁共振儀）等少數(shù)領域。

而以REBCO為代表的高溫超導材料的臨界溫度高于液氮溫度（-196℃），制冷成本大幅降低，同時在承載電流和抵抗磁場方面性能顯著提升，為更大規(guī)模應用奠定了基礎。自2006年實現(xiàn)商業(yè)化制備以來，REBCO高溫超導帶材在磁約束核聚變、高端醫(yī)療設備、大科學裝置及超導電力設備等多個領域展現(xiàn)出重要應用潛力。整體來看，其應用主要集中在兩大方向：電力系統(tǒng)與磁體系統(tǒng)。

在電力系統(tǒng)中，REBCO帶材可用于制造超導電纜和以故障限流器為代表的超導電力裝備。超導電纜能在液氮溫度下實現(xiàn)大電流、低損耗輸電，尤其適合城市電網(wǎng)升級改造；故障限流器能在電網(wǎng)短路時迅速限制電流，保障電網(wǎng)安全。當前技術(shù)重點在于繼續(xù)提高帶材的載流能力、保證長距離性能均勻、降低損耗并控制成本。

在磁體系統(tǒng)中，REBCO帶材憑借其強磁場下載流能力強的特點，可應用于核聚變裝置、高場磁共振成像、超導電機等重要設備。這些應用對材料的機械強度和穩(wěn)定性提出了很高要求。未來，隨著不同應用場景對材料性能的需求日益細化，發(fā)展“按需定制”的超導帶材將成為推動其規(guī)模化應用的關鍵。

盡管REBCO高溫超導帶材已進入商業(yè)化初期，但性能仍有很大提升空間。當前高溫超導帶材是由合金基帶、緩沖層、超導層和保護層組成的多層復合結(jié)構(gòu)。未來發(fā)展的關鍵在于，系統(tǒng)推進材料、工藝與應用的協(xié)同創(chuàng)新，具體體現(xiàn)在：針對超導層，需優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)以增強其在磁場中的載流能力；圍繞基帶、緩沖層和保護層，要著力改善強度與韌性的平衡、結(jié)構(gòu)傳導效率以及層間界面結(jié)合等問題；同時，必須發(fā)展可規(guī)?；?、一致性高的制備工藝，實現(xiàn)帶材的低成本、批量穩(wěn)定生產(chǎn)，從而滿足各領域日益增長的規(guī)?；瘧眯枨蟆?/p>

更重要的是，報告還首次系統(tǒng)凝練出阻礙REBCO帶材走向大規(guī)模應用的十大關鍵科學技術(shù)問題。這些問題貫穿基帶、緩沖層到超導功能層的整個材料體系，是連接基礎研究與工程應用的“樞紐”，攻克它們需要材料、物理、工程等多學科的深度協(xié)同。

“這十大關鍵問題源自我們對產(chǎn)業(yè)鏈從研發(fā)到應用的全鏈條深入調(diào)研。我們通過逐層剖析REBCO帶材的結(jié)構(gòu)，找出每一層材料的性能瓶頸與層間匹配難點；同時對照核聚變、超導電網(wǎng)等國家重大需求，分析現(xiàn)有材料與實際應用之間的差距，從而明確了從‘能用’到‘好用’所需攻克的具體方向?！敝袊茖W院院士、中國科學院物理研究所所長方忠說。

“這份報告的發(fā)布，為中國高溫超導領域明確了關鍵攻關方向與實施路徑?！敝袊茖W院物理研究所副所長、研究員程金光說，“我們希望通過揭示這些核心科學技術(shù)問題，匯聚各界創(chuàng)新力量，協(xié)同突破，推動我國在高溫超導領域?qū)崿F(xiàn)從跟隨到并行、最終邁向引領的跨越?！?/p>

附：十大關鍵科學技術(shù)問題

1.如何大幅提升合金基帶的屈服強度與疲勞耐受性以滿足高場應用需求？

2.如何突破各緩沖層材料在電學和熱學性能方面的固有局限性？

3.在極薄厚度條件下如何實現(xiàn)IBAD織構(gòu)的穩(wěn)定性和長帶均勻性控制？

4.高速沉積環(huán)境下，不同帽子層的生長動力學及調(diào)控機理是什么？

5.如何提升帽子層與超導層之間的結(jié)合強度和力－電綜合性能？

6.如何建立針對不同工藝的釘扎中心形成理論，定制化適配不同應用場景的高性能REBCO帶材？

7.如何闡明“激光參數(shù)-等離子體羽輝-薄膜生長”的跨尺度物理機制，并構(gòu)建可預測、可調(diào)控的工藝模型？

8.如何提升MOCVD系統(tǒng)的穩(wěn)定性以保證帶材性能的一致性？

9.如何厘清MOCVD制備中的多物理場耦合機制以提高超導層厚度和成分均勻性？

10.如何通過新材料與新結(jié)構(gòu)突破當前REBCO帶材的成本與性能瓶頸？

來源：光明網(wǎng)