具有低稳定化母材比率的低温超导线材及包括该线材的超导
线圈
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种低温超导线材，更详细地，涉及一种具有低稳定化母材比率的低温超导线材。
背景技术
[0002] 在液氦
温度下工作的低温超导线材将金属
合金材质的细丝型线用作超导线。低温超导线材可产生高
磁场，且易于超导接合，因此，广泛使用于磁共振成象(MRI)或者
核磁共振(NMR)、
核聚变装置、大型
加速器等。这种传统的细丝形状的超导线具有被稳定化母材包覆的结构。
[0003] 图1是示意性地示出由传统的低温超导线材制造的线圈的剖面结构的剖视图。
[0004] 参照图1，形成线圈的低温超导线材10由细丝型的超导线11和围绕所述超导线的稳定化母材12构成。在所述低温超导线材的外围形成有由
清漆涂层或者聚酰亚胺
胶带等制成的绝缘层13。
[0005] 如上所述的传统的低温超导线材中的金属稳定化母材具有非常高的比率，以能够在淬火中保护线材。例如，用于MRI磁体的低温超导线材中，作为稳定化母材的
铜与超导线的体积比为7:1以上。
[0006] 但是，高稳定化母材比率具有降低超导线材的
电流密度(Je)并增加低温超导线的制造成本的问题。
发明内容
[0007] (一)要解决的技术问题
[0008] 为了解决上述的
现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种能够实现低稳定化母材比率的超导线材结构。
[0009] 另外，本发明的目的在于提供一种具有高电流密度的低温超导线材。
[0010] 另外，本发明的目的在于提供一种低温超导线材，其具有在超导磁体工作期间发生的淬火(quench)现象中自我保护的功能。
[0011] 另外，本发明的目的在于提供一种包括上述低温超导线材的超导线圈。
[0012] (二)技术方案
[0013] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种超导线材，其特征在于，包括：低温超导细丝；稳定化母材，围绕所述细丝；以及
金属-绝缘体转变物质(MIT)的包覆层，在所述稳定化母材的外围，围绕所述稳定化母材。
[0014] 在本发明中，所述金属-绝缘体转变物质可以具有常温以下的转变温度。所述金属-绝缘体转变物质可以包括
钒氧化物，例如，包括VO。另外，所述金属-绝缘体转变物质可以包括选自由VnO2n-1(其中，n＝2～9)组成的组中的至少一种物质。另外，所述金属-绝缘体转变物质可以包括选自由Fe3O4、RNiO3(R＝La、Sm、Nd或者Pr)、La1-xSrxNiO4(其中，x<1)、NiS1-xSex(其中，x<1)及BaVS3组成的组中的至少一种物质。
[0015] 在本发明中，所述低温超导细丝可以包括选自由NbTi、NbZr、Nb3Sn、V3Ga、Nb3Ge及Nb3Al组成的组中的至少一种物质。
[0016] 另外，为了解决上述技术问题，本发明提供一种低温超导线圈，其为包括低温超导细丝和围绕所述细丝的稳定化母材的低温超导线材缠绕的超导线圈，其特征在于，邻接的低温超导线材之间夹杂着金属-绝缘体转变物质(MIT)。此时，金属-绝缘体转变物质层可以具有与稳定化母材相接的结构。
[0017] (三)有益效果
[0018] 根据本发明能够提供一种可应对淬火现象引起的发热，并且可实现低稳定化母材比率的超导线材结构。因此，能够减少制造成本，并且实现高电流密度。
附图说明
[0019] 图1是示意性地示出传统的低温超导线圈的图。
[0020] 图2是示意性地示出本发明的一个
实施例的低温超导线材的剖面结构的图。
[0021] 图3是示意性地示出作为本发明的MIT物质的一个示例的VO及V2O3的导电特性随温度变化的曲线图。
[0022] 图4是表示本发明的另一实施例的钒氧化物的转变温度。
[0023] 图5是表示本发明的一个实施例的超导线圈的剖面结构的附图。
[0024] 图6是表示本发明的另一实施例的超导线圈的剖面结构的图。
[0025] 最佳实施方式
[0026] 参照以下附图，对本发明的一个实施例进行说明，并以此详述本发明。
[0027] 在本发明的
说明书中，低温超导线材是指与
临界温度高于液氮温度的高温超导线材相比，超导物质的临界温度低于液氮温度的超导线材。虽然不存在区分低温超导线材的绝对临界温度，但大约以作为液氮温度的77K为基准，临界温度低于该温度的线材便是低温超导线材。超导线材通过液氦进行冷却后使用。另外，低温超导线圈可以应用于MRI、NMR、核聚变装置、大型加速器等超导磁体。
[0028] 图2是示意性地示出本发明的一个实施例的低温超导线材的剖面结构的图。
[0029] 如图2所示，超导线材包括低温超导细丝110和围绕所述超导细丝110的稳定化母材120。所述稳定化母材120的外围形成有金属-绝缘体转变(Metal-Insulation Transition，MIT)层。
[0030] 在本发明中，所述低温超导细丝110可以包括选自由NbTi、NbZr、Nb3Sn、V3Ga、Nb3Ge及Nb3Al组成的组中的至少一种超导物质。在本发明中，细丝110包括向长度方向延伸的任意形状，而与其剖面形状无关。如图所示，在本发明中，所述细丝110可以是剖面为圆形的线状形态，与此不同，所述细丝110也可以是具有内部构造物的中空型的管状形态。另外，在所述细丝的内部或者外部可额外包括金属层或者超导物质层。
[0031] 在本发明中，作为所述稳定化母材可使用铜、
铝、
银等
导电性金属。
[0032] 另外，所述MIT是指如下的物质：在低于规定温度(转变温度；Transition Temperature)的情况下，具有较低的导电性以用作绝缘体，但是在转变温度以上的情况下，导电性(electrical conductivity)急剧增加。
[0033] 在本发明的说明书中，MIT使用与该术语的常规用法实质相同的意义。但是，在本发明中，适宜的MIT具有超导线材的临界温度以上的转变温度，且包括转变温度的区间前后的导电性比率优选为103以上，更优选为105以上。
[0034] 在本发明中，所述MIT具有使用于线材的超导物质的临界温度以上的转变温度。优选地，MIT的转变温度低于超导物质的临界温度+150K，更优选地，MIT的转变温度低于临界温度+100K。另外，考虑到发生淬火时会产生足以引起线圈烧坏的高温，因此，在本发明中可使用的MIT的转变温度可以是常温附近的温度。当然，所述MIT的转变温度可以是超导物质的临界温度以上，但并不一定仅限于此。
[0035] 作为适于本发明的MIT物质，可以例举钒氧化物(Vanadium Oxide)。在所述钒氧化物中，V2O5虽然被区分为典型的绝缘体，但是VO、VO2、VnO2n-1(此时n＝2～9)组成的钒氧化物具有转变温度，并且电性上表现出金属-绝缘体转变特性。
[0036] 图3是示意性地示出作为本发明的MIT物质的一个示例的VO及V2O3的导电特性随温度变化的曲线图。
[0037] 参照图3，MIT在升温及降温过程中的导电性的变化，表现出如滞后回线般的不同的路径。VO在升温时其导电性在作为转变温度的123K(-150℃)附近急剧增加至103倍以上，3
V2O3在163K(-110℃)附近其导电性急剧增加至10倍以上。
[0038] 图4是表示本发明的另一实施例的钒氧化物的转变温度。
[0039] 可以通过适当的模型计算以VnO2n-1(n＝2～9)表示的钒氧化物的转变温度值。例如，图4中表示了A.L.Pergament的“Metal-Insulator Transition Temperatures and Excitonic Phases in Vanadium Oxides”(International Scholarly Research Network ISRN Condensed Matter Physics Volume 2011,Article ID 605913,5pages)中提出的转变温度(Tt)值。
[0040] 另外，在本发明中，作为MIT(Metal-Insulator Transition，MIT)物质可以使用如下所示的各种物质。
[0041] 【表1】
[0042]物质 转变温度
电阻比
Fe3O4 120K 100～1000
RNiO3(R＝La，Sm，Nd，Pr) 130～240K 100～1000
La1-xSrxNiO4 40～240K 100～10000
NiS1-xSex 80～260K 10～100
BaVS3 74K 10000～100000
具体实施方式
[0043] 图5是表示本发明的一个实施例的超导线圈的剖面结构的图。
[0044] 参照图5，超导线圈200具有多个超导线材100的缠绕结构。在本发明中，对超导线圈的缠绕结构不作特别限制。例如，超导线圈可以具有螺线管方式的缠绕结构。
[0045] 在附图中，每个超导线材100分别包括低温超导细丝110、稳定化母材120及MIT层130。
[0046] 在超导线圈内，各超导线材100在上方或者侧方与至少一个其他超导线材
接触，从而超导线材100通过MIT层130与其他超导线材100邻接。在如上所述的结构中，如果所述超导线材100发生淬火并且由此引起的发热导致该超导线材的温度上升，并达到所述MIT层130的转变温度以上，则MIT层130就会起到导
电路径的作用。因此，发生淬火的超导线材100的电流可以被分流到邻接的超导线材100。
[0047] 在如上所述的线圈结构中，各超导线材的优点是，如果根据工作状态满足特定温度条件，则超导线材可以脱离在绝缘物质内被
电隔离的状态。即，在本发明的线圈结构中，超导线材可以将邻接的超导线材的稳定化母材用作自身的旁通路径。因此，构成单个线材的稳定化母材的比率可以大幅降低。
[0048] 在本发明中，所述MIT层218可以通过适当的涂覆方法进行
镀覆。例如，所述MIT层218可以通过溅射而形成。与此不同地，也可以使用通过糊状溶液形成所需的MIT层218的湿式法。为此，可以将高分子材料用作MIT物质的
粘合剂，并且，此时的高分子粘合剂可以包括导电高分子。
[0049] 另外，与此不同，所述MIT层也可以通过
焊接(weilding)或接合(joining)单独制造的带状MIT层的方法来形成。
[0050] 图6是示意性地示出本发明的另一实施例的超导线圈的剖面结构的图。
[0051] 参照图6，由低温超导细丝110和围绕所述超导细丝的稳定化母材120构成的低温超导线材100在MIT层330基体相内缠绕。在这种情况下，超导线材100通过MIT层330而相互接触。本实施例与图5的区别在于，在本实施例中，MIT层330没有以包覆单个线材的形式提供。
[0052] 在本实施例中，MIT层330可以通过各种方式提供。例如，将由超导细丝110和稳定化母材120构成的超导线材含浸在MIT溶液，或者缠绕超导线材的线圈含浸在MIT溶液后进行成型及干燥来制造。
[0053] 参照以上内容与附图，对本发明的实施例进行了说明，但是，本发明所属的技术领域的普通技术人员应理解在不改变本发明的技术思想或必要特征的情况下，可以以其他具体形式实施。因此，应理解以上描述的实施例在所有方面都是示例性的，而非限定性的。
[0055] 本发明可应用于MRI、NMR等超导磁体。
