首次提出“十大关键科学技术问题”，高温超导大规模应用有了清晰路线图

光明网讯（记者宋雅娟）“如何提升帽子层与超导层之间的结合强度和力-电综合性能？如何阐明“激光参数-等离子体羽辉-薄膜生长”的跨尺度物理机制，并构建可预测、可调控的工艺模型？”1月26日，中国科学院物理研究所正式发布《2025年度REBCO高温超导带材战略研究报告》，首次提出了该领域面临的“十大关键科学技术问题”。

这是国际首个聚焦高温超导带材发展的战略研究报告，系统梳理了稀土钡铜氧（REBCO）高温超导带材在全球范围内的研发、产业化与应用现状，为实现高温超导材料的大规模应用提供了清晰的路线图。

超导材料具有零电阻和完全抗磁性等非凡特性，被视为21世纪极具战略价值的前沿材料，在能源、交通、医疗、科研等多个关键领域有广阔应用前景，是推动未来技术突破的重要基石。然而，传统超导材料需要在极低的液氦温度（-269℃）下工作，制冷成本高且依赖稀缺的氦资源。因此，过去几十年里，超导技术的应用一直局限于大型科研装置（如粒子加速器）和高端医疗设备（如核磁共振仪）等少数领域。

而以REBCO为代表的高温超导材料的临界温度高于液氮温度（-196℃），制冷成本大幅降低，同时在承载电流和抵抗磁场方面性能显著提升，为更大规模应用奠定了基础。自2006年实现商业化制备以来，REBCO高温超导带材在磁约束核聚变、高端医疗设备、大科学装置及超导电力设备等多个领域展现出重要应用潜力。整体来看，其应用主要集中在两大方向：电力系统与磁体系统。

在电力系统中，REBCO带材可用于制造超导电缆和以故障限流器为代表的超导电力装备。超导电缆能在液氮温度下实现大电流、低损耗输电，尤其适合城市电网升级改造；故障限流器能在电网短路时迅速限制电流，保障电网安全。当前技术重点在于继续提高带材的载流能力、保证长距离性能均匀、降低损耗并控制成本。

在磁体系统中，REBCO带材凭借其强磁场下载流能力强的特点，可应用于核聚变装置、高场磁共振成像、超导电机等重要设备。这些应用对材料的机械强度和稳定性提出了很高要求。未来，随着不同应用场景对材料性能的需求日益细化，发展“按需定制”的超导带材将成为推动其规模化应用的关键。

尽管REBCO高温超导带材已进入商业化初期，但性能仍有很大提升空间。当前高温超导带材是由合金基带、缓冲层、超导层和保护层组成的多层复合结构。未来发展的关键在于，系统推进材料、工艺与应用的协同创新，具体体现在：针对超导层，需优化内部结构以增强其在磁场中的载流能力；围绕基带、缓冲层和保护层，要着力改善强度与韧性的平衡、结构传导效率以及层间界面结合等问题；同时，必须发展可规模化、一致性高的制备工艺，实现带材的低成本、批量稳定生产，从而满足各领域日益增长的规模化应用需求。

更重要的是，报告还首次系统凝练出阻碍REBCO带材走向大规模应用的十大关键科学技术问题。这些问题贯穿基带、缓冲层到超导功能层的整个材料体系，是连接基础研究与工程应用的“枢纽”，攻克它们需要材料、物理、工程等多学科的深度协同。

“这十大关键问题源自我们对产业链从研发到应用的全链条深入调研。我们通过逐层剖析REBCO带材的结构，找出每一层材料的性能瓶颈与层间匹配难点；同时对照核聚变、超导电网等国家重大需求，分析现有材料与实际应用之间的差距，从而明确了从‘能用’到‘好用’所需攻克的具体方向。”中国科学院院士、中国科学院物理研究所所长方忠说。

“这份报告的发布，为中国高温超导领域明确了关键攻关方向与实施路径。”中国科学院物理研究所副所长、研究员程金光说，“我们希望通过揭示这些核心科学技术问题，汇聚各界创新力量，协同突破，推动我国在高温超导领域实现从跟随到并行、最终迈向引领的跨越。”

附：十大关键科学技术问题

1.如何大幅提升合金基带的屈服强度与疲劳耐受性以满足高场应用需求？

2.如何突破各缓冲层材料在电学和热学性能方面的固有局限性？

3.在极薄厚度条件下如何实现IBAD织构的稳定性和长带均匀性控制？

4.高速沉积环境下，不同帽子层的生长动力学及调控机理是什么？

5.如何提升帽子层与超导层之间的结合强度和力－电综合性能？

6.如何建立针对不同工艺的钉扎中心形成理论，定制化适配不同应用场景的高性能REBCO带材？

7.如何阐明“激光参数-等离子体羽辉-薄膜生长”的跨尺度物理机制，并构建可预测、可调控的工艺模型？

8.如何提升MOCVD系统的稳定性以保证带材性能的一致性？

9.如何厘清MOCVD制备中的多物理场耦合机制以提高超导层厚度和成分均匀性？

10.如何通过新材料与新结构突破当前REBCO带材的成本与性能瓶颈？

来源： 光明网