国际首个REBCO战略研究报告：攻克“十大关键科学技术问题”

近日，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》。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，并凝练提出了该领域面临的“十大关键科学技术问题”，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。

而以稀土钡铜氧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，稀土钡铜氧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，稀土钡铜氧带材可用于制造超导电缆和故障限流器。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，稀土钡铜氧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。

尽管稀土钡铜氧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，报告还系统凝练出阻碍稀土钡铜氧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。

中国科学院物理研究所所长方忠院士介绍，这十大关键问题源自对产业链从研发到应用的全链条深入调研。通过逐层剖析稀土钡铜氧带材的结构，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。