本申請涉及具有用于改進的磁通釘扎的預制納米結構的超導制品。公開了一種超導制品，其包括基材、上覆所述基材的緩沖層和上覆所述緩沖層的高溫超導(HTS)層。HTS層包含多個納米棒。還公開了一種形成超導制品的方法，其包括：提供基材；沉積上覆所述基材的緩沖層；形成上覆所述緩沖層的納米點陣列；沉積在所述納米點陣列上成核的納米棒陣列；和在所述納米棒陣列周圍沉積上覆所述緩沖層的高溫超導(HTS)層。
【技術實現步驟摘要】
本申請是申請日為2010年7月27日、申請號為201080038345.6、專利技術名稱為“具有用于改進的磁通釘扎的預制納米結構的超導制品”的中國專利申請的分案申請。關于聯邦資助研究或開發的聲明不適用。
本公開內容一般地涉及超導制品，更具體地涉及具有用于改進的磁通釘扎(flux pinning)的預制納米結構的超導制品。
技術介紹
技術界知曉并了解超導材料已有很長時間。早在1911年就已知曉在需要使用液氦的溫度(4.2k)下顯示出超導特性的低溫超導體(低-tc或lts)。然而，直到稍近期才發現基于氧化物的高溫(高-tc)超導體。1986年前后，發現了在高于液氮的溫度下(77K)具有超導特性的第一個高溫超導體(HTS)，即YBa2Cu3O7-x(YBCO)，隨后在過去的15年間，開發了另外的材料，包括Bi2Sr2Ca2Cu3O10+y(BSCCO)等。高-tc超導體的開發為引入這類材料的超導體組件和其他裝置的經濟可行性開發提供了可能，這部分歸因于用液氮而非相對更貴的基于液氦的低溫設施操作這些超導體的成本。在無數的潛在應用中，在工業中已尋求開發了這種材料在電力工業中的用途，包括用于電力產生、傳送、分配和儲存。對此，估計基于銅的商品化電力組件的固有電阻每年造成數十億美元的電損失，因此，電力工業準備基于在電力組件(如傳送電力電纜和分配電力電纜、發電機、變壓器和故障電流斷路器/限制器)中采用高溫超導體來獲利。此外，高溫超導體在電力工業中的其他益處包括與常規技術相比功率處理容量提高3-10倍、電力設備的尺寸(即占位面積(footprint))和重量顯著降低、對環境的影響減小、更高的安全性以及容量增加。盡管高溫超導體的這些潛在益處相當吸引人，但在高溫超導體的大規模生產和商業化方面持續存在許多技術挑戰。在與高溫超導體商業化相關的挑戰中，圍繞可用于形成多種電力組件的超導帶段的制造存在許多挑戰。第一代超導帶段包括上述BSCCO高溫超導體的使用。該材料一般以離散的長絲形式提供，所述長絲被包埋在貴金屬(通常是銀)基質中。盡管這些導體可被制成用于在能源工業上實施所需的延伸長度(例如在一千米左右)，但由于材料和制造成本，這類帶不代表廣泛的在商業上可行的產品。因此，對具有優異商業可行性的所謂第二代HTS帶產生了大量的興趣。這些帶通常依賴于層狀結構，其通常包括提供機械支撐的柔性基材；至少一個上覆基材的緩沖層，所述緩沖層任選地包含多個膜；上覆緩沖膜的HTS層；上覆超導層的任選的蓋層(capping layer)；和/或上覆蓋層或圍繞整個結構的任選的電穩定層。然而迄今為止，在該第二代帶和引入這種帶的裝置的全面商業化之前，仍存在多種工程和制造挑戰。重要的是，強磁場的存在可極大地影響HTS帶的臨界電流。而且，磁場與帶之間的角度顯著地影響臨界電流。例如，根據磁場的角度，與無磁場存在時的臨界電流相比，臨界電流在1特斯拉(t)和77K下可以下降至七分之一至十分之一。一個特別的挑戰是減少磁場對HTS帶的臨界電流的影響。此外，磁場存在時臨界電流的角度依賴性顯示出顯著的各向異性，其中當場的取向與所述帶平行時臨界電流具有峰值，并且隨著場從該取向移開臨界電流急劇降低。因此，另一挑戰是在不與所述帶平行的場取向上提高臨界電流。因此，仍需要在強磁場中具有改進性能的HTS帶。
技術實現思路
在一個實施方案中，超導制品包括基材；上覆所述基材的緩沖層；和上覆所述緩沖層的高溫超導(HTS)層。HTS層可包含多個納米棒。在一個實施方案中，所述多個納米棒各自可以延伸HTS層厚度的至少約50％。在另一實施方案中，納米棒可以基本相互平行。在又一實施方案中，多個納米棒可形成有序陣列。在另一實施方案中，形成超導制品的方法包括提供基材帶，形成上覆所述基材帶的緩沖層，形成多個納米棒，以及在所述多個納米棒周圍沉積上覆所述緩沖層的高溫超導(HTS)層。在一個實施方案中，形成多個納米棒可包括施加聚合物涂層，形成穿過所述聚合物涂層的納米孔，在所述納米孔內電沉積金屬以形成納米棒，以及移除所述聚合物涂層。在另一實施方案中，形成多個納米棒可包括形成上覆緩沖層的納米多孔層，將金屬電沉積進入在納米多孔層內的納米孔陣列中以形成納米棒，以及移除所述納米多孔層。在又一實施方案中，形成多個納米棒可包括形成上覆緩沖層的納米點陣列并且沉積通過所述納米點陣列成核的納米棒陣列。在還一實施方案中，形成多個納米棒可包括蒸發納米棒材料以形成材料團(material cloud)，和引導電子束穿過所述材料團朝向基材帶，從而沉積上覆緩沖層的納米棒陣列。本公開還涉及以下內容。1.一種超導制品，其包括：基材；上覆所述基材的緩沖層；和上覆所述緩沖層的高溫超導(HTS)層，所述HTS層包含多個納米棒，所述多個納米棒各自延伸所述HTS層厚度的至少約50％。2.根據1所述的超導制品，其中每個所述納米棒延伸所述HTS層厚度的至少約60％。3.根據2所述的超導制品，其中每個所述納米棒延伸所述HTS層厚度的至少約70％。4.根據3所述的超導制品，其中每個所述納米棒延伸所述HTS層厚度的至少約80％。5.根據4所述的超導制品，其中每個所述納米棒延伸所述HTS層厚度的至少約85％。6.根據5所述的超導制品，其中每個所述納米棒延伸所述HTS層厚度的至少約90％。7.根據6所述的超導制品，其中每個所述納米棒延伸所述HTS層厚度的至少約95％。8.根據7所述的超導制品，其中每個所述納米棒延伸所述HTS層厚度的至少約99％。9.根據1所述的超導制品，其中所述HTS層還包含HTS材料，所述多個納米棒包含與所述HTS材料不同的材料。10.根據1所述的超導制品，其中所述HTS層還包含HTS材料，所述多個納米棒包含與所述HTS材料不同的材料。11.根據10所述的超導制品，其中所述HTS材料包括ReBa2Cu3O7-x，其中0≥x>1并且Re是稀土元素或稀土元素的組合。12.根據11所述的超導制品，其中所述HTS材料包括YBa2Cu3O7-x。13.根據1所述的超導制品，其中所述納米棒包含金屬、金屬氧化物或它們的任意組合。14.根據1所述的超導制品，其中所述多個納米棒各自被固定到所述緩沖層。15.根據1所述的超導制品，其中所述多個納米棒主要垂直于緩沖表面排列。16.根據1所述的超導制品，其中所述多個納米棒相對于緩沖表面隨機取向。17.根據1所述的超導制品，其中所述多個納米棒主要以不同于與緩沖表面垂直的角度排列。18.根據1所述的超導制品，其中每個納米棒的直徑為約0.5nm至約100nm。19.根據18所述的超導制品，其中所述直徑不大于約50nm。20.根據19所述的超導制品，其中所述直徑不大于約10nm。21.根據18所述的超導制品，其中相鄰的一對納米棒之間的間距為所述納米棒直徑的約二分之一至所述納米棒直徑的約100倍。22.根據1所述的超導制品，其中相鄰的一對納米棒之間的間距為約5nm至約50nm。23.根據1所述的超導制品，其中每個納米棒的高度為約0.1微米至約10.0微米。24.根據23所述的超導制品，其中所述高度為約1.0微米至約3.0微米。25.根據1所述的超導制品，其中所述HTS層包含不多于約30體積％的納米棒。26.根據1所述的超導制品，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種形成超導制品的方法，其包括：提供基材帶；沉積上覆所述基材帶的緩沖層；形成上覆所述緩沖層的納米點陣列；沉積在所述納米點陣列上成核的納米棒陣列；和在所述納米棒陣列周圍沉積上覆所述緩沖層的高溫超導(HTS)層。
【技術特征摘要】
2009.07.28 US 61/229,2251.一種形成超導制品的方法，其包括：提供基材帶；沉積上覆所述基材帶的緩沖層；形成上覆所述緩沖層的納米點陣列；沉積在所述納米點陣列上成核的納米棒陣列；和在所述納米棒陣列周圍沉積上覆所述緩沖層的高溫超導(HTS)層。2.權利要求1所述的方法，其中沉積所述HTS層進行的速率為每小時至少約5微米。3.權利要求1所述的方法，還包括在沉積所述高溫超導(HTS)層期間將所述基材帶轉移穿過沉積區。4.權利要求3所述的方法，其中轉移進行的速率為每小時至...
【專利技術屬性】
技術研發人員：文卡特·塞爾瓦馬尼坎，戈蘭·邁基奇，馬克西姆·馬爾切夫斯基，
申請(專利權)人：休斯敦大學體系，
類型：發明
國別省市：美國;US
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