在科技部、北京市科委、國家自然科學基金委的大力支持下，中科院電工研究所應用超導重點實驗室馬衍偉研究組在鐵基超導多芯線帶材的制備及性能研究中取得重要進展，采用粉末裝管法（Powder-in-tube）在國際上率先制備出高性能的122型鐵基超導多芯線帶材。該成果于今年2月發表在美國物理學會主辦的《應用物理快報》【Appl.Phys.Lett.102 (2013) 082602】，對進一步推動鐵基超導體在強電領域的實際應用具有重要意義。

鐵基超導體是2008年由日本科學家發現的一種新型超導材料，該體系超導體目前最高的超導轉變溫度達到55K，上臨界場超過100T，在高場磁體中具有廣闊的應用前景。在鐵基超材料發現后不久，該研究組分別于2008年和2009年使用粉末裝管法率先在國際上研制出1111型（SmO1-xFxFeAs）和122型（SrxK1-xFe2As2）鐵基超導線材。接著采用銀包套材料－摻雜改性－先位燒結等新工藝，解決了包套管與超導芯易反應、雜相多、密度低等難題，進一步提高了鐵基超導線帶材的臨界傳輸電流；另一方面，采用STEM和EELS等先進表征手段，首次直接觀測到122型鐵基超導體晶界存在的富氧非晶層，并深入分析了富氧層的形成機制，為通過改善晶粒連接性提高其傳輸電流密度提供了理論依據【Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 222504】；在搞清上述晶界性質的基礎上，采用軋制織構和錫摻雜相結合的方法大幅度提高了122型單芯超導線帶材的載流能力，其傳輸臨界電流密度在4.2K和10T的磁場下高達17000安培每平方厘米，為目前已報道鐵基超導線帶材性能中的最高值【Scientific Reports 2 (2012) 998】。由于在鐵基超導線帶材研制領域做出的系統性工作和突出貢獻，該研究組應國際超導主流期刊《超導科技》編輯的專門邀請發表了關于鐵基超導線帶材制備進展的綜述文章【Supercond. Sci. Technol. 25 (2012) 113001】，詳細而全面的評述了鐵基超導線帶材的發展歷程、研究現狀和各項關鍵技術，并對其未來的發展做了展望（圖1）。

為了防止磁通跳躍，增強超導線載流穩定性，實際應用中必須使用具有多芯結構的超導線材。因此，該組在不斷提高單芯鐵基超導線帶材性能的基礎上，為了進一步推進其實際應用，同時開展了多芯鐵基超導線帶材的研制工作。由于粉末裝管法制備線帶材具有成本較低且易于未來規模化制備的優點，此工作以制備單芯線材所采用的粉末裝管法為基礎，將單芯銀包套的線材進行二次裝管，克服了復合包套多芯結構在成型加工中的諸多困難，最終成功制備出了鐵銀復合包套的七芯122型超導線帶材（圖2）。對多芯線帶材拉拔和軋制等不同工藝路線的系統研究發現，軋制加工能有效提高此多芯超導線超導芯的致密度，進而提高其傳輸臨界電流，而且臨界電流隨著軋制厚度的減小而提高，臨界傳輸電流密度在4.2K下可達21100安培每平方厘米，并且在最高達到10T的強磁場下仍保持較高的性能（圖3）。這一結果進一步表明了鐵基超導線材的獨特優勢和在未來實際應用中的巨大潛力。

圖1 各類實用化超導線帶材的的傳輸臨界電流密度（Transport Jc）的磁場特性比較（Supercond. Sci. Technol. 25 (2012) 113001），其中的Sr-122 PIT wire（Scientific Reports 2 (2012) 998）為粉末裝管法制備的122型鐵基超導線材。

圖2 鐵銀復合包套的七芯122型超導圓線及帶材的冷加工制備流程。（Appl. Phys. Lett.102 (2013) 082602）

圖3 不同軋制厚度的單芯及七芯122型超導帶材的傳輸臨界電流密度的磁場特性。（Appl. Phys. Lett.102 (2013) 082602）