本发明专利技术公开了具有厚的、条纹的稳定剂的复丝高温超导体，该高温超导体包括衬底、缓冲层、复丝超导体层和至少一层厚的稳定剂层。本发明专利技术还公开了结合了超导带的组件以及制备它们的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及高温超导体(high temperature superconductors, HTS)，更具体地说，本专利技术涉及用于形成具有厚的、条纹状稳定剂的耐AC的复丝 超导体的新方法，以及使用该方法制备的产品。关于联合发起研究或者开发的声明本专利技术是与美国国家空军研究实验室(United States Air Force Research Laboratory)签订合同研究的结果，其合同号是FA865004-C-2476。
技术介绍
在过去几年中，美国在能量消耗和最终用途消耗方面显著增加。几乎占 了美国最终用途能量消耗的一半的电非常依赖于化石燃料的价格。随着需求 和成本的增加，出现了更有效的、更经济的电力的需要以及为了降低对化石 燃料的依赖性，因而，需要对能量的效率进行改进。很久以来，本领域技术人员就知道并懂得超导体材料。但直到1986年 才在高于液氮的温度(77 K)以上发现了具有超导性能的第一种氧化物系的 高温(高-Te)导体，即YBa2Cu307 (YBCO)。在那以后，还开发了另外的 高-Tc超导体(high-Te superconductor, HTS)材料，如Bi2Sr2Ca2Cu3O10+y (BSCCO)及其它的材料。近来，HTS材料的发展使得制备超导体组件在经济上可行。可能最显著 的是用于电力工业的那些材料的发展，包括用于发电的材料、电力输送的材 料、配电的材料以及电力存储的材料。8特别地，更有效的电力系统取决于更有效的线材技术(wire technology)。因此，HTS材料的发展和使用导致了新的线材技术的发展。与 具有相同物理尺寸的常规的铜和铝导体相比，HTS线材能明显传载更多的电 流，并且该HTS线材提供了主要的大小、重量和效率优点。电力工业中的 HTS超导体材料涉及功率处理能力的1到2个数量级的增加、电力设备的大 小(即，覆盖区)的显著减小、环境影响的减小、更高的安全性、以及超过 常规技术更高的容量。因此，HTS技术能够降低成本并增加电力系统的容量以及可靠性。HTS 线材的发展将为改善电力网的性能并减少其在环境中的覆盖区提供了有力 的工具。然而，HTS超导体的商业化存在许多挑战。具体地说， 一个障碍是制备 能够用于形成各种电力组件的商业上可行的HTS带。"第一代"HTS带包括 使用上述的BSCCO高-i;超导体，通常将该BSCCO高-L超导体包埋在贵 金属(例如，Ag)的基质中。然而，由于材料和制备成本的原因，对于延长 的长度需求，这种"第一代"HTS带不能表现出可用于商业上的产品。最近，"第二代"HTS带己显示出具有优越的商业可行性。这些带一般包 括层状结构，通常包括能提供机械支持的柔性的衬底；至少一层位于所述衬 底上的缓冲层；位于缓冲膜上的HTS层；和至少一层稳定剂层，该稳定剂 层通常由非贵金属形成，位于所述HTS层上。通常，使用多层稳定剂层， 并且通常为贵金属层的盖层沿整个HTS带的表面(包括其侧面)进行沉积， 以将敏感的HTS层隔离不与非贵金属的稳定剂层反应。--种所述第二代HTS带使用了 YBCO涂层的导体的技术。然而，涂层 导体的结构对于在交流电(AC)的应用，如发动机、发电机和变压器，还 不是最佳的。尤其是，HTS带的宽度与厚度的具有高的尺寸比，这反过来导 致HTS涂层的导体表现出很高的磁滞损耗。现有技术揭示了如果用非超导9的电阻屏障将超导层分隔成许多平行的超导条能够降低磁化损耗。因此，为 了最大程度地降低AC磁滞损耗，需要将带的HTS层再分隔成细长线状的细丝斑纹(stripes)或者条纹(striations)。尽管这些复丝导体已表示为大大降低了磁滞损耗，但是，使有条纹的第 二代带完全商业化之前，还存在大量的工程上的以及制备上的问题。涂层的 导体中显著降低的涂层导体的磁化损失是它们用于交流电(AC powers)应用，如变压器、发电机和发动机，的先决条件。对于许多改进来说，能够适 合目前制备涂层导体的技术也是很重要的，并且必需控制HTS带中的通量 和电流的分布。到目前为止，还没有制备用厚的稳定剂层包覆的HTS线材的方法，所 述稳定剂层还结合了有条纹的HTS层以降低磁滞损耗。如图1A所示，通常， 首先通过沉积柔性的衬底12来制备HTS带。然后，在所述衬底上沉积至少 一层缓冲层14，再沉积HTS层18，该HTS层18位于所述缓冲层上。然后 再在所述HTS层上沉积一层薄的保护性的盖层13，该盖层通常由例如Ag 的贵金属形成。最后，在贵金属的盖层上沉积稳定剂层19，该稳定剂层19 通常由Cu或者其它非贵金属形成。存在更厚的、更坚固的稳定剂层是有益 的，因为这样能够提供过电流保护作用和淬灭稳定性(quench stability),并 且，这还可以在施用最后的不传导层时的随后步骤中更好地保护HTS带(而 不仅仅是Ag薄层)。在这一点上，常规的技术需要使用光刻法或者其它的图案转移技术以将 所需要的细丝图案转移到所述稳定剂层上，随后使用湿法蚀刻或者激光烧蚀 技术以在所述稳定剂和HTS层上形成所需要的条纹。如图1B-1C所示，当 仅存在一层薄的盖层时，可以使用这种形成条纹的技术以形成复丝HTS线 材。然而，为了提供足够的过电流电流处理能力以及淬灭稳定性，同时使用 薄的贵金属的盖层和厚的非贵金属稳定剂层是符合需要的，这两者都完全包覆所述的HTS线材。这样，HTS线材的结构被进一步优化以用于AC的实际应用。然而，所述稳定剂层的厚度通常为约1-1000微米，更通常为约10-400 微米。采用已知的化学蚀刻技术穿过厚的稳定剂层来形成条纹的劳动强度是 难以承受的，这样，制备具有厚的稳定剂层的复丝的HTS带仍然是不可能 的。尤其是，在蚀刻达到所述HTS层之前，对薄的盖层进行蚀刻之外还要 蚀刻穿过厚的稳定剂层导致与特定的蚀刻剂接触时间过长。越长的蚀刻接触 时间导致化学反应增加，这将增加HTS材料的降解，并使HTS材料丧失超 导性能。因此，使用最新蚀刻技术以形成具有厚的稳定剂的复丝HTS带是 不可行的。
技术实现思路
本专利技术一方面提供了具有厚的稳定剂的耐AC的复丝超导体，该超导 体包括具有彼此相反的第一表面和第二表面的衬底；位于所述衬底的所述 第一表面上的缓冲层；位于所述缓冲层上的复丝超导体层；和位于所述复丝 超导体层上的至少一层稳定剂层，其中该至少一层稳定剂层的厚度至少为5.0 微米。本专利技术另一方面提供了制备具有厚的稳定剂的耐AC的复丝超导体的 方法，该方法包括以下步骤提供高温超导带，该高温超导带包括具有第一 主表面和第二主表面的衬底、至少置于所述衬底的所述第一主表面上的缓冲 层、和置于所述缓冲层上的超导层；进行图案转移的步骤以形成复丝的图案； 沉积至少一层稳定剂层；除去复丝图案以暴露部分的所述超导层，蚀刻所述 超导层的所述暴露的部分以形成至少一条凹槽，该凹槽延伸穿过所述超导 层。本专利技术另一方面提供了制备具有厚的稳定剂的耐AC的复丝超导体的方法，该方法包括以下步骤提供高温超导带，该高温超导带的特征是包括 具有第一主表面和第二主表面的衬底、至少置于所述衬底的所述第一主表面 上的缓冲层、和置于所述缓冲层上的超导层；在所述超导层上沉积第一稳定 剂层；进行图案转移的步骤；沉积第二稳本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有高温涂层的超导体物品，该超导体物品包括： 具有彼此相反的第一表面和第二表面的衬底； 位于所述衬底的第一表面上的缓冲层； 位于所述缓冲层上的复丝超导体层；和 位于所述复丝超导体层上的至少一层稳定剂层，其中，该至 少一层稳定剂层的厚度至少为５．０微米。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：张寻，V赛尔瓦曼尼克姆，
申请(专利权)人：美国超能公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。