第二代高温超导材料（REBCO）具有高载流能力、零电阻和高临界转变温度等优点，被认为是最具有前景的功能材料之一，并广泛应用于极高磁场磁体、磁悬浮列车等多个领域。在应力集中或松弛时，REBCO带材因层间热膨胀系数差异大、对外加应力敏感度高、制备条件和使役环境复杂，易出现整体应力分布不均的情况，从而导致带材超导电性能下降，严重时甚至会威胁设备的稳定性和安全性。目前，有关研究工作主要集中在从宏观上研究外加应变对REBCO带材超导电性能的影响。如何巧妙地通过简单易行的测试方法，将不同外加拉伸应力下涂层导体带材微观结构演变和宏观超导电性能变化联系起来综合分析仍是挑战。
近日，电工研究所院士王秋良、副研究员张子立联合北京工业大学教授索红莉团队，通过把原位拉伸临界电流测试、准原位临界电流角度依赖测试、原位拉伸背散射电子衍射（EBSD）测试以及高分辨透射电镜测试等不同尺度的测试方法相结合，深入研究了REBCO带材在不同拉力下宏观、介观和微观尺度的结构与性能变化。通过对比，研究工作首次建立了REBCO高温超导带材外力下多尺度的协同变化机制。在低拉力拉伸应力下，宏观尺度上带材临界电流没有明显变化，微观尺度上在纳米钉扎中心周围出现应力集中，带材钉扎中心数量提高，带材超导性能临界电流角度依赖特性发生变化，在外加磁场情况下钉扎力上升。当拉伸应力达到中等大小，介观尺度上部分REBCO带材的晶粒取向发生明显扭转，REBCO薄膜的双轴织构度降低，宏观尺度上表达为临界电流微小下降。当拉伸应力大于临界值时，REBCO薄膜内出现宏观裂纹，薄膜超导临界电流显著下降。研究工作首次从微观-介观-宏观三个尺度解释了REBCO带材在外力下超导性能变化的原因，为超导磁体设计提供了更加精准的数据和模型依据。
相关研究成果发表在《材料学报》（Acta Materialia）上。研究工作得到国家自然科学基金委、北京市自然科学基金委、中国科学院磁共振联盟计划等项目的支持。
不同拉伸应力下REBCO涂层导体带材介观尺度变化
不同拉伸应力下REBCO涂层导体带材超导层微观尺度变化
不同拉伸应力下涂层导体带材超导电性能和超导层微观-介观-宏观协同变化机制