中國攻克超導困局，15億位錯創載流紀錄，能源格局將受影響

哈嘍大家好，今天小墨帶大家解鎖超導界的 “黑科技”，中國科學家給脆性鐵基超導 “施壓”，既讓它變 “韌” 又讓載流能力翻3倍，直接打破世界紀錄！

2008年鐵基超導體被發現以來，它就憑借強磁場耐受性、低成本等優勢，成為核聚變反應堆、高場磁共振等尖端設備的 “潛力股”。

但這個“潛力股” 有個致命短板，脆得像玻璃，一加工就碎，而提高載流能力又必須在其內部制造大量 “缺陷”。

這一矛盾困擾科學界十余年，直到中國科學院電工研究所馬衍偉團隊的突破性研究，才讓鐵基超導真正邁出走向實用的關鍵一步。

超導實用的 “核心矛盾”

超導體的核心價值在于無電阻傳輸電流，但這個能力有 “天花板”，臨界電流密度。

在強磁場環境中，磁場會以 “磁通渦旋” 的形式進入超導體，這些 “微觀龍卷風” 一旦移動就會破壞超導性。

而解決之道，就是在材料內部制造高密度 “位錯”一種原子排列的線狀缺陷，像釘子一樣 “釘住” 磁通渦旋。

但鐵基超導的特性讓這一方案難如登天，它的原子通過強方向性的離子鍵和共價鍵連接，如同堅硬的玻璃棒，傳統加工要么造不出足夠位錯，要么直接導致材料斷裂。

此前傳統方法能達到的位錯密度僅為每平方毫米千萬級，遠達不到實用要求，這讓很多研究者直呼 “不可能”。

給材料 “雙重施壓” 破解困局

馬衍偉團隊聯合多所科研機構，創新提出 “非對稱應力場” 策略，通過靜水壓力與剪切應力的協同作用，實現了 “魚與熊掌兼得”。

這一技術的精妙之處在于，230兆帕的靜水壓力（相當于 2300 個大氣壓）像深海環境一樣，從四面八方包裹材料，抑制裂紋產生和擴展，哪怕出現微小裂紋也能被 “壓合”。

同時通過特殊擠壓工藝制造剪切應力，像搓麻繩一樣驅動晶格滑移，讓原子有序位移產生大量位錯。

高分辨透射電鏡觀察顯示，在這種應力場作用下，鋇原子沿特定晶面發生0.1納米的精準位移，當應變達到14%時，位錯開始大量增殖并纏結，最終達到每平方毫米 15 億個的密度。

這一數值比傳統方法高出兩個數量級，接近金屬材料的位錯密度水平。更令人意外的是，鐵基超導竟能承受 15% 的應變而不破壞，遠超傳統陶瓷材料 1% 的極限。

熱處理 “點睛”

僅僅引入高密度位錯還不夠，雜亂的位錯反而會降低載流能力。

團隊通過進一步的熱處理工藝，讓這些位錯實現 “自組織”，在880攝氏度退火時，位錯會以每分鐘 5納米的速度向晶界移動，最終排列成間距約10納米的周期性陣列。

這種熱激活的位錯重排在非金屬材料中極為罕見，而鐵基超導展現出的類金屬恢復行為，得益于其獨特的層狀結構。

層間較弱的范德華力允許一定程度滑動，緩解了應力集中。

通過調節退火時間，還能精準控制位錯分布，60分鐘時達到最佳平衡狀態，為載流性能優化提供了關鍵支撐。

強磁場下載流能力翻3倍

經過這套 “組合拳” 處理，鐵基超導線材的性能實現質的飛躍。

在4.2開爾文、10特斯拉磁場下，其臨界電流密度達到4.5×10^5 安培 / 平方厘米，是此前世界紀錄的 3 倍。

即便在30特斯拉的超強磁場下，仍能保持2.1×10^5 安培 / 平方厘米的高水平。

更重要的是，新材料的各向異性因子始終小于2，大幅降低了不同磁場方向下的性能差異，這對超導磁體等實際應用至關重要。

這一突破不僅刷新了鐵基超導線材的載流性能紀錄，更提供了一種可推廣的技術路徑，通過力學設計在脆性材料中構建理想微觀結構，為其他脆性功能材料改性開辟了新方向。