公开了一种具有临界电流各向异性的带状超导体，该带状超导体(1)包含：细长基板(2)，尤其是金属带；以及沉积在基板(2)上的尤其是HTS型材料的连续超导层(3)，其特征在于，Ic||/Ic⊥≥1.5，其中，Ic||是连续超导层(3)的与基板(2)平行并与基板(2)的细长方向平行的临界电流宽度密度，以及Ic⊥是连续超导层(3)的与基板(2)平行并与基板(2)的细长方向垂直的临界电流宽度密度。本发明专利技术提供了ac损耗降低了的带状超导体。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及带状超导体，其包含-细长基板，尤其是金属带；以及-沉积在基板上的尤其是HTS型材料的连续超导层。
技术介绍
这样的超导体可从A.Usoskin 等人所著的 IEEE Trans. On App. Supercond. 17 (2)， 第 3235-3238 页(2007)中了解到。超导体可以没有欧姆损耗地传输电流。然而，实际上，超导体可能遭受其它类型的损耗。这些损耗会加热超导体，当达到临界温度T。时，这可能使超导体变成正常导电。即使超导体停留在超导上，这些损耗也增加了用于使超导体保持在T。以下的冷却成本(例如， 液氦或液氮的消耗)。因此，一般说来，优选的是损耗低的超导体。超导体中的损耗尤其可能由磁滞效应引起。当超导体经历磁场时，超导体挤出磁通线(“完全抗磁性”)，其中在超导体中感应电流回路，生成相反磁场。当磁场发生变化时， 电流回路再次消失并耗散掉它们的能量，这加热超导体，并感应其它电流回路。由于许多原因，超导体可能经历交变(变化)磁场，例如，超导体可能工作在(例如，电动机中的)旋转磁体附近，或者超导体承载在超导体附近引起交变自场的交变电流 (ac电流)。为了降低超导体中由交变磁场引起的损耗(“ac损耗”)，已经建议将超导体分解成细丝，有关内容请参看EP 2131407A1。这种手段很适合低温超导材料，其中可以容易地将细丝嵌入金属基体中。对于临界温度T。在30K以上的高温超导(HTQ材料，尤其是陶瓷超导材料，常见的是制备带状超导体(也叫做涂层导体)，其中，通常通过MOCVD (金属有机化学气相沉积)、 MOD(金属有机沉积)、或PLD(脉冲激光沉积)，使超导层沉积在细长的非超导基板(诸如几米长的不锈钢带)上。在这些过程中，在细长基板上制备分开的超导材料带是相当困难的。EP 0465326B1报告了沉积在SrTi03单晶基板上的外延YBCO膜，它在临界电流密度方面呈现磁场感应的各向异性。为了消除磁场感应的各向异性，提出了多层结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供具有降低的ac损耗的带状超导体。依照本专利技术，这个目的通过如在开头介绍的带状超导体来实现，其特征在于，IcU/l/彡 1. 5，其中，I。11是连续超导层的与基板平行并与基板的细长方向平行的临界电流宽度密度，以及I/是连续超导层的与基板平行并与基板的细长方向垂直的临界电流宽度密度。 临界电流宽度密度在这里表示连续超导层的每单位宽度临界电流。后一个值也例行地用超导层的每厘米宽度临界电流来表达。本专利技术人发现，呈现临界电流宽度密度各向异性的超导层与各向同性超导层相比，显示出不同的ac损耗行为。当超导层(膜)暴露于低交变磁场强度时，在各向异性和各向同性超导层两者中损耗都较低，在各向异性超导层中损耗稍高。在较大交变磁场强度的情况下，在各向异性和各向同性超导层两者中损耗都增大。然而，在各向异性超导层中，损耗的增大较不明显，使得各向异性超导层中的ac损耗显著低于相同尺寸的各向同性样本中的ac损耗。本专利技术人在许多次实验中获得降低到原来的1/2-1/3的损耗。因此，本专利技术建议在带状(带型)超导体的超导层中引入每厘米宽度临界电流的各向异性。一般说来，为了保持超导体的大电流承载能力，较大的每厘米宽度临界电流应该沿着细长基板方向，而较小临界电流应该跨过基板的宽度。实验发现降低强场下的各向异性超导层中的ac损耗的效果是完全重复的结果。 如果用多丝模型来描述超导体，则关于尤其是考虑到实质耦合损耗的许多理论方面，该结果是意想不到的。尽管如此，本专利技术人在下面提供了给定效果的可能解释之一。假设对于感应电流流动的不同方向，临界电流宽度密度的差异引起磁通蠕变耗散的差异。因此，由于出现在比I。小的电流上的起源于各向异性磁通蠕变的有限电阻率，存在不同能量耗散 (参看 EUNGUK LEE, AC LOSS INSUPERCON-DUCTING COMPOSITES :C0NTINU0US ANDDISCRETE MO-DELS FOR ROUND AND RECTANGULARCROSS SECTIONS,AND COMPARISONS TO EXPERIMENTS, Ohio州立大学，2004，第11页和第21页中的图1. 8)。由于所考虑类型的超导体中的较大 η值(30-50)，在不同方向上，临界电流宽度密度的相当小(例如，2倍)差异可能引起连续超导层的“有效残余电阻”的大(比方说，10-100倍)差异。尤其是，因为环形电流的宽度密度更快地接近“纵向”电流的临界值，所以在与基板的细长方向垂直的方向上，残余电阻显著增大。结果，抑制了电流回路中的电流密度，并且降低了耗散能量的总效果。在宽度为2_4mm的单个直超导体带中，可以在自场中测量临界电流宽度密度。当测量跨过整个带宽度的I/时，以及优选地当测量跨过整个带宽度的至少五分之一的I/ 时，至少存在与I。11相比较小的I/。最优选的是，可以在带宽度的任意分数测量各向异性。依照本专利技术，可以建立超导层的厚度和/或跨过带宽度(“垂直方向”)的临界电流宽度密度I/的变化，尤其是周期性变化，以便总体获得连续超导层的每厘米宽度临界电流的各向异性。具有临界电流面内各向异性的超导层可以通过，例如，在沿着与基板的细长方向平行的优选方向抛光基板之后，将YBCO沉积在作为基板的不锈钢带上而被制造，详见下文。应该注意到，本邻域的专家可以找到制造具有每厘米宽度各向异性临界电流分布的超导层的其它方式。本专利技术尤其适用于要沉积在基板上的临界温度超过30K的高温超导材料。注意， 依照本专利技术，超导层通常几乎外延地、至少以高度织构在基板(通常是多晶或非晶)上生长，并且基板通常是柔性的。在本专利技术的带状超导体的有利实施例中，IcU/l/彡 3，优选的，IcJlA/彡 5，最优选的，I。U/I/彡8。对于这些更高度的各向异性，可以在磁场强度的更宽范围上实现ac损耗的降低。在一个特别优选的实施例中，超导层具有与最大厚度相比，30%或更小，优选的 15%或更小，最优选的5%或更小的最大厚度变化。在超导层均勻厚度的情况下，临界电流宽度密度的各向异性源自沿着两个正交的面内方向的临界电流密度的各向异性。在一个可替代实施例中，连续超导层呈现出与最大厚度相比，至少50 %，优选的至少80%，最优选的至少90%的与基板平行并与基板的细长方向垂直的厚度变化，尤其是周期性厚度变化。这样，具有同质特性的超导材料也可以导致临界电流宽度密度的所需各向异性。如果厚度变化是周期性的，则优选的是跨过带宽度的至少5个周期。连续超导层具有50 μ m或更小，优选的10 μ m或更小，最优选的2 μ m或更小的厚度的实施例是优选的。已经发现这些尺寸可用在实际中。此外，连续超导层具有如下尺寸的实施例是优选的-20cm或更大，优选的Im或更大，最优选的IOOm或更大的沿着基板细长方向的长度；以及-1. 5mm或更大，优选的4mm或更大，最优选的12mm或更大的与基板细长方向垂直的宽度。也已经发现这些尺寸可用在实际中。一般说来，依照本专利技术，基板具有至少5，优选的至少10，以及通常为100或更大的长宽比。超导体或基板通常分别被卷绕以便存储、传输和处理。在一个有利实施例中，存在安排在细长基板和连续超导层之间的本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种带状超导体（１），包含：细长基板（２），尤其是金属带；以及沉积在基板（２）上的尤其是ＨＴＳ型材料的连续超导层（３），其特征在于，Ｉｃ｜｜／Ｉｃ⊥≥１．５，其中，Ｉｃ｜｜是连续超导层（３）的与基板（２）平行并与基板（２）的细长方向平行的临界电流宽度密度，以及Ｉｃ⊥是连续超导层（３）的与基板（２）平行并与基板（２）的细长方向垂直的临界电流宽度密度。
【技术特征摘要】
2010.04.26 EP 10161064.01.一种带状超导体(1)，包含:细长基板( ，尤其是金属带；以及沉积在基板( 上的尤其是HTS型材料的连续超导层(3)，其特征在于，IcllAcZs 1.5,其中，I。11是连续超导层(3)的与基板(2)平行并与基板O)的细长方向平行的临界电流宽度密度，以及I/是连续超导层(3)的与基板(2)平行并与基板(2)的细长方向垂直的临界电流宽度密度。2.按照权利要求1所述的带状超导体(1)，其特征在于，IcllO 3，优选的，I。U/l/>5，最优选的，I。U/l/>8。3.按照权利要求1或2所述的带状超导体(1)，其特征在于，连续超导层(3)呈现出与最大厚度(Tmax)相比，30%或更小，优选的15%或更小，最优选的5%或更小的最大厚度变化。4.按照权利要求1或2所述的带状超导体(1)，其特征在于，连续超导层(3)呈现出与最大厚度(Tmax)相比，至少50%，优选的至少80%，最优选的至少90%的与基板(2)平行并与基板O)的细长方向垂直的厚度变化，尤其是周期性厚度变化。5.按照前面权利要求的任何一项所述的带状超导体(1)，其特征在于，连续超导层(3) 具有50 μ m或更小，优选的10 μ m或更小，最优选的2 μ m或更小的厚度。6.按照前面权利要求的任何一项所述的带状超导体(1)，其特征在于，连续超导层(3) 具有20cm或更大，优选的Im或更大，最优选的IOOn或更大的沿着基板( 的细长方向的长度(L)；以及1.5mm或更大，优选的4mm或更大，最优选的12mm或更大的与基板(2)的细长方向垂直的宽度(W)。7.按照前面权利要求的任何一项所述的带状超导体(1)，其特征在于，存在安排在细长基板( 和连续超导层C3)之间的至少一个缓冲层(11)，尤其是，其中，所述至少一个缓冲层(11)包含优选的基于诸如氧化钇稳定氧化锆的氧化物或氮化物的介电或绝缘材料。8.按照前面权利要求的任何一项所述的带状超导体(1)，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·乌苏斯金，K·施伦格，
申请(专利权)人：布鲁克HTS有限公司，
类型：发明
国别省市：DE
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