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          蘭大研究團隊在YBCO超導材料3D打印制備技術上取得新突破

          蘭州晚報訊 蘭州大學周又和教授團隊在YBCO(釔鋇銅氧)超導材料3D打印制備技術方面的研究取得新突破,該研究成果近日在國際著名期刊《Advanced  Functional Materials》(“先進功能材料”)上發表。

          高溫超導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異性能,在無接觸磁懸浮、儲能旋轉機械、準永磁體、混音器、磁透鏡、便攜式醫療器械、濾波器、航天導航陀螺等新型高性能器件與電磁裝置開發研制中有著廣泛的應用前景。尤其對于旋轉機械、航天導航陀螺和便攜式醫療器械的研制開發,在保持超導性的前提下,制備出輕質超導材料是這類應用追求的一個主要目標。

          2015年,時任基金委主任楊衛院士指出:超導材料的固有脆性極大地制約了超導應用的力學性能,其超導性與力學性能是一大矛盾,建議蘭州大學將增韌改性進行攻關。隨后,蘭州大學周又和研究團隊就YBCO塊材的燒結制備、納米釘扎、晶向控制等開展了基礎性探索工作。在周又和教授指導下,團隊成員經過兩年的摸索攻關,提出了綠色環保的YBCO超導材料高精度直接書寫式(DIW)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構調控策略,克服了超導塊材燒結收縮開裂的問題,實現了復雜多尺度多層級、超輕超導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。 

          這一新工藝過程采用的可食用有機材料輔助生成的綠色漿料展現出了優良的DIW流變特性,實現了精細化的復雜可控結構YBCO塊材的制備。為了解決現有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,實現了3D打印超導材料高保型性,為YBCO超導塊材的高精度制備奠定了基礎。同時,這一新工藝的燒結與補氧耗時均比傳統工藝大為縮短,提高了超導材料的制備效率。 

          據介紹,周又和團隊采用3D制備出的多孔、多尺度、多層構型的YBCO塊材具有質量密度僅為每立方厘米1.38克,為目前國際最低值,約為傳統冷壓燒結工藝制備樣品的1/3;臨界電流密度高于傳統燒結方法樣品約3.15倍等優點。

          近日,該研究成果在國際著名期刊《Advanced Functional Materials》(“先進功能材料”)上發表。該論文相關評審人認為:作者提出了一種技術先進且具有工業化應用潛力的3D打印YBa2Cu3O7超導陶瓷坯體巧妙制備方法,這種結構構造能夠在航天工業中用作導航輔助設備。 

          蘭州日報社全媒體記者 馬文艷

          責任編輯:程培培

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