超高効率送電技術に向けた超伝導ナノ組織制御に関する研究

超高效电力传输技术的超导纳米结构控制研究

基本信息

批准号：
17J11158
负责人：
杉原和樹
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

RE系高温超伝導薄膜内に常伝導物質(人工ピンニングセンター、APC)を添加することで、磁場中超伝導特性の向上が数多く報告されている。超伝導体内に離散化した状態で侵入する磁束(量子化磁束)にローレンツ力が生じ、運動することが超伝導特性の低下要因であるが、電流と磁場が平行である縦磁場では理論上ローレンツ力はゼロとなる。縦磁場においては直交磁場中とは異なり、縦磁場効果と呼ばれる特異な電磁現象が観察される。縦磁場においてもAPC導入は効果的であり、これまでに規則的な多層構造によるAPC導入が縦磁場効果による大幅な電流容量増大を引き起こすことを報告してきた。縦磁場効果の報告は主に単結晶基板上での研究であったが、応用に向けて曲折可能な金属基板上での実証が必要である。これまで大幅なJc増加が観察できたBaHfO3(BHO)添加SmBa2Cu3Oy(Sm123)多層薄膜を様々な条件で作製、評価し、大幅なJc増加を金属基板上でも再現することができた。このJc増加を電力ケーブルへ応用することが本研究の最終目標であるため、まずはAPC無添加中尺線材によるケーブル試作に着手した。長さ約10 cm、幅2 mmの無添加Sm123中尺線材を作製し、これを16本用いて電力ケーブルの試作を行った。結果として、電流端子を接続する際に、保護層であるAg層がハンダにより融解し、超伝導層に深刻なダメージを与えることがわかった。そのため、ハンダによる熱融解に耐えられる強固な保護層として、電解めっきによるCu保護層の作製を新たな研究課題として立ち上げ、現在着手している。

关于通过在稀土基高温超导薄膜中添加普通导电材料（人工钉扎中心，APC）来改善磁场中超导性能的研究已有很多报道。以离散状态进入超导体的磁通（量子化磁通）会产生洛伦兹力，其运动导致超导性能劣化。理论上，在电流与磁场平行的纵向磁场中，洛伦兹力力变为零。与正交磁场不同，在纵向磁场中，观察到一种称为纵向磁场效应的独特电磁现象。 APC的引入在纵向磁场中也有效，我们之前报道过，由于纵向磁场效应，在规则的多层结构中引入APC会导致电流容量显着增加。关于纵向磁场效应的报道主要是在单晶衬底上进行的，但对于实际应用，有必要在可弯曲金属衬底上证明这一点。我们在各种条件下制造并评估了 BaHfO3 (BHO) 掺杂的 SmBa2Cu3Oy (Sm123) 多层薄膜，即使在金属基板上也能够重现较大的 Jc 增加。由于这项研究的最终目标是将 Jc 的增加应用于电力电缆，因此我们首先开始使用不含 APC 添加剂的中等长度电线生产电缆原型。制作了长约 10 cm、宽 2 mm 的无添加剂中长 Sm123 线材，其中 16 根用于制作电力电缆原型。结果发现，在连接电流端子时，保护Ag层被焊料熔化，对超导层造成严重损坏。为此，我们启动了一个新的研究项目，利用电解电镀来创建铜保护层，以创建一个坚固的保护层，可以承受焊料引起的热熔化，目前我们正在开始研究。