相比于傳統(tǒng)的銅或鋁電纜，超導材料是一種具有極低功耗的導電體。同時，超導材料能產(chǎn)生極強的磁性，可用于醫(yī)療用的磁共振成像(MRI)掃描儀。

然而，可商用的超導材料需要在極低溫度(零下250℃)才能工作，從而導致維護成本高昂。新型高溫超導材料很脆，難以形成線材或帶材，限制了工業(yè)應用。

歐盟資助的項目——EUROTAPES已經(jīng)開發(fā)出了一種沒有以上限制的制備超導帶材的方法。該方法改造自噴墨打印技術，將超導材料包覆在絕緣線纜里面制得可商用長線纜，使其能在更高溫度(零下180℃)下使用。

該項目開發(fā)了兩項新技術。第一項技術是帶材的化學沉積工藝，該技術已申請專利。第二項技術是作為“油墨”的納米復合材料(尺寸在1至100納米范圍內材料的混合物) “打印”超導帶材的方法。

來自西班牙巴塞羅那材料科學研究所的項目協(xié)調員Xavier Obradors表示，相比于現(xiàn)有的方法，這項技術大大降低了超導材料的生產(chǎn)成本，這是一個重大的突破。

能源和工業(yè)

Obradors解釋說，超導帶材的需求是非常大的。這項技術還能為可再生能源服務，因為利用這種帶材制得的電纜在輸電過程中沒有電能損耗，而且智能電網(wǎng)中超導帶材器件有助于平衡風能和太陽能發(fā)電時產(chǎn)生的間歇性電力供應。

Obradors稱，超導線材能提高風力渦輪機當前產(chǎn)量的兩倍。這是因為目前風力渦輪機使用銅線圈將風能轉變?yōu)殡娔?，限制了最終能夠產(chǎn)生的電能總量，而超導線圈沒有這個限制。

他還表示，超導帶材還可作為核聚變用的高場磁體。

醫(yī)療部門也可從該項目的工作中獲益。例如，磁共振成像掃描儀采用強磁場和無線電波，從而取代X-射線掃描儀。這種設備如果采用高溫超導材料，將不再需要昂貴的冷卻劑，因為超導材料產(chǎn)生的磁場越高，獲得的圖像分辨率也越高。Obradors補充說印刷工業(yè)本身還具有其他的應用潛力。它可用以生產(chǎn)紡織品以及電子器件的納米涂層，也可用于惡劣環(huán)境的保護，有望實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新。

新方法、新材料

EUROTAPES的方法將超導材料制成油墨，使其更容易加工。不同金屬氧化物微粒懸浮于化學試劑中，“打印”油墨使其相互疊壓，從而制備含有超導層及其他材料的帶材。

該技術的關鍵在于控制氧化物微粒的結構以及“油墨”的穩(wěn)定性。另外，找到帶材所需的合適的超導材料和非超導材料的組合也是很重要的，Obradors補充說明。

他解釋說，材料的混合使得帶材變厚，從而允許傳輸更多的電流以及產(chǎn)生更強的磁場。

組成帶材的額外金屬和絕緣材料層可以起到保護超導材料的作用，同時增加產(chǎn)生的能量。Obradors表示，噴墨打印技術越容易，相比于不同涂層的組合效果就越好。

采用這種方法首次打印出了高性能、低成本的長帶。他說：“與現(xiàn)有技術相比，我們是很有競爭力的。我們需要證明我們在做一些新的有價值的事情。”

在項目余下的時間中(項目將于2017年2月截止)，研究團隊主要研究材料和技術的工業(yè)應用。Obradors說，他們計劃簡化生產(chǎn)工藝，找出每個應用的最佳導體，建立生產(chǎn)控制的可視化系統(tǒng)。希望在項目結束時能制造出500米的長帶，以顯示他們的技術具有實用價值。