中国攻克超导困局，15亿位错创载流纪录，能源格局将受影响

哈喽大家好，今天小墨带大家解锁超导界的 “黑科技”，中国科学家给脆性铁基超导 “施压”，既让它变 “韧” 又让载流能力翻3倍，直接打破世界纪录！

2008年铁基超导体被发现以来，它就凭借强磁场耐受性、低成本等优势，成为核聚变反应堆、高场磁共振等尖端设备的 “潜力股”。

但这个“潜力股” 有个致命短板，脆得像玻璃，一加工就碎，而提高载流能力又必须在其内部制造大量 “缺陷”。

这一矛盾困扰科学界十余年，直到中国科学院电工研究所马衍伟团队的突破性研究，才让铁基超导真正迈出走向实用的关键一步。

超导实用的 “核心矛盾”

超导体的核心价值在于无电阻传输电流，但这个能力有 “天花板”，临界电流密度。

在强磁场环境中，磁场会以 “磁通涡旋” 的形式进入超导体，这些 “微观龙卷风” 一旦移动就会破坏超导性。

而解决之道，就是在材料内部制造高密度 “位错”一种原子排列的线状缺陷，像钉子一样 “钉住” 磁通涡旋。

但铁基超导的特性让这一方案难如登天，它的原子通过强方向性的离子键和共价键连接，如同坚硬的玻璃棒，传统加工要么造不出足够位错，要么直接导致材料断裂。

此前传统方法能达到的位错密度仅为每平方毫米千万级，远达不到实用要求，这让很多研究者直呼 “不可能”。

给材料 “双重施压” 破解困局

马衍伟团队联合多所科研机构，创新提出 “非对称应力场” 策略，通过静水压力与剪切应力的协同作用，实现了 “鱼与熊掌兼得”。

这一技术的精妙之处在于，230兆帕的静水压力（相当于 2300 个大气压）像深海环境一样，从四面八方包裹材料，抑制裂纹产生和扩展，哪怕出现微小裂纹也能被 “压合”。

同时通过特殊挤压工艺制造剪切应力，像搓麻绳一样驱动晶格滑移，让原子有序位移产生大量位错。

高分辨透射电镜观察显示，在这种应力场作用下，钡原子沿特定晶面发生0.1纳米的精准位移，当应变达到14%时，位错开始大量增殖并缠结，最终达到每平方毫米 15 亿个的密度。

这一数值比传统方法高出两个数量级，接近金属材料的位错密度水平。更令人意外的是，铁基超导竟能承受 15% 的应变而不破坏，远超传统陶瓷材料 1% 的极限。

热处理 “点睛”

仅仅引入高密度位错还不够，杂乱的位错反而会降低载流能力。

团队通过进一步的热处理工艺，让这些位错实现 “自组织”，在880摄氏度退火时，位错会以每分钟 5纳米的速度向晶界移动，最终排列成间距约10纳米的周期性阵列。

这种热激活的位错重排在非金属材料中极为罕见，而铁基超导展现出的类金属恢复行为，得益于其独特的层状结构。

层间较弱的范德华力允许一定程度滑动，缓解了应力集中。

通过调节退火时间，还能精准控制位错分布，60分钟时达到最佳平衡状态，为载流性能优化提供了关键支撑。

强磁场下载流能力翻3倍

经过这套 “组合拳” 处理，铁基超导线材的性能实现质的飞跃。

在4.2开尔文、10特斯拉磁场下，其临界电流密度达到4.5×10^5 安培 / 平方厘米，是此前世界纪录的 3 倍。

即便在30特斯拉的超强磁场下，仍能保持2.1×10^5 安培 / 平方厘米的高水平。

更重要的是，新材料的各向异性因子始终小于2，大幅降低了不同磁场方向下的性能差异，这对超导磁体等实际应用至关重要。

这一突破不仅刷新了铁基超导线材的载流性能纪录，更提供了一种可推广的技术路径，通过力学设计在脆性材料中构建理想微观结构，为其他脆性功能材料改性开辟了新方向。