高溫超導(dǎo)YBCO塊材因其高臨界溫度、高臨界電流密度和高俘獲磁場的優(yōu)異性能，在無接觸磁懸浮、儲能旋轉(zhuǎn)機(jī)械、準(zhǔn)永磁體、混音器、磁透鏡、便攜式醫(yī)療器械、濾波器、航天導(dǎo)航陀螺等新型高性能器件與電磁裝置開發(fā)研制中有著廣泛的應(yīng)用前景。尤其對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械、航天導(dǎo)航陀螺和便攜式醫(yī)療器械的研制開發(fā)，在保持超導(dǎo)性的前提下，制備出輕質(zhì)超導(dǎo)材料是這類應(yīng)用追求的一個主要目標(biāo)。
近日，蘭州大學(xué)周又和教授團(tuán)隊提出了綠色環(huán)保的YBCO超導(dǎo)材料高精度直接書寫式3D打印方法，解決了非牛頓流體陶瓷漿料配比和流變控制難題，并采用低溫冷鑄微結(jié)構(gòu)調(diào)控策略，克服了超導(dǎo)塊材燒結(jié)收縮開裂的問題，實現(xiàn)了復(fù)雜多尺度多層級、超輕超導(dǎo)塊材的高效可控制備，通過性能表征，獲得了最佳性能的工藝過程參數(shù)。
這一新工藝過程采用的可食用有機(jī)材料輔助生成的綠色漿料展現(xiàn)出了優(yōu)良的流變特性，實現(xiàn)了精細(xì)化的復(fù)雜可控結(jié)構(gòu)YBCO塊材的制備。為了解決現(xiàn)有3D打印陶瓷材料中面臨的高收縮率問題(原有可到50%)，提出的低溫冷鑄策略，實現(xiàn)了3D打印超導(dǎo)材料高保型性，為YBCO超導(dǎo)塊材的高精度制備奠定了基礎(chǔ)。同時，這一新工藝的燒結(jié)與補(bǔ)氧耗時均比傳統(tǒng)工藝大為縮短，提高了超導(dǎo)材料的制備效率。
據(jù)介紹，周又和團(tuán)隊采用3D制備出的多孔、多尺度、多層構(gòu)型的YBCO塊材具有質(zhì)量密度僅為每立方厘米1.38克，為目前國際最低值，約為傳統(tǒng)冷壓燒結(jié)工藝制備樣品的1/3;臨界電流密度高于傳統(tǒng)燒結(jié)方法樣品約3.15倍等優(yōu)點。
據(jù)知，該研究成果以“Efficient Fabrication of Ultralight YBa2Cu3O7-x Superconductors with Programmable Shape and Structure”為題在《Advanced Functional Materials》發(fā)表。
該論文評審人認(rèn)為，作者提出了一種技術(shù)先進(jìn)且具有工業(yè)化應(yīng)用潛力的3D打印YBa2Cu3O7超導(dǎo)陶瓷坯體巧妙制備方法，這種方式制備得到的超導(dǎo)體能夠改善臨界電流密度并且提高結(jié)晶性，這種結(jié)構(gòu)構(gòu)造能夠在航天工業(yè)中用作導(dǎo)航輔助設(shè)備。(邸金 杜英)
關(guān)鍵詞： YBCO超導(dǎo)塊材3D打印
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