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Sr1-xKxFe2As2铁基超导线带材：低成本制备与性能优化研究

一、引言

1.1研究背景与意义

超导现象自1911年被发现以来，一直是凝聚态物理领域的研究热点。超导体在临界温度以下具有零电阻和完全抗磁性等独特性质，这些性质使其在能源、医疗、交通、通信等众多领域展现出巨大的应用潜力，如超导电缆可实现无电阻输电，大大降低能源损耗；超导磁体用于核磁共振成像（MRI）设备，能够提供高分辨率的医学影像，助力疾病诊断；超导磁悬浮列车则利用超导体的完全抗磁性，实现高速、稳定的运行，为未来交通发展提供了新的方向。

铁基超导体作为一类新型高温超导体，自2008年被发现以来，引起了科学界的广泛关注。与传统的低温超导体（如NbTi、Nb?Sn等）和铜基高温超导体相比，铁基超导体具有独特的优势。其晶体结构相对简单，相干长度较大，各向异性较小，这使得它在强磁场应用中具有很大的潜力。铁基超导体还具有较高的上临界场和临界电流密度，有望在高场超导磁体、核磁共振谱仪、可控核聚变装置、高能粒子加速器等领域发挥重要作用。在高场超导磁体中，铁基超导体能够产生更强的磁场，满足科学研究和工业应用对强磁场的需求；在核磁共振谱仪中，可提高谱仪的分辨率和灵敏度，有助于更深入地研究物质的结构和性质。

在众多铁基超导体中，Sr???K?Fe?As?超导体由于其较高的临界转变温度（Tc约37K）、相对简单的制备工艺以及较好的化学稳定性，成为应用超导领域的研究重点之一。通过对Sr???K?Fe?As?超导体的研究，有望制备出高性能的超导线带材，为超导技术的实际应用提供关键材料支持。

制备高性能的Sr???K?Fe?As?超导线带材对于推动超导应用具有重要意义。在电力传输领域，超导电缆采用Sr???K?Fe?As?超导线带材，可实现低损耗、大容量的电力传输，减少能源在传输过程中的浪费，提高能源利用效率，对于缓解能源紧张问题具有积极作用。在医疗领域，用于MRI设备的超导磁体若采用该超导线带材，能够提升磁体性能，获得更清晰、准确的医学影像，有助于疾病的早期诊断和治疗，提高医疗水平。在交通领域，超导磁悬浮列车使用Sr???K?Fe?As?超导线带材制成的超导磁体，可增强悬浮和导向力，使列车运行更加稳定、高效，提升交通出行的便捷性和舒适性。

从强场超导磁体的角度来看，Sr???K?Fe?As?超导线带材的研究也至关重要。强场超导磁体在许多前沿科学研究和高端技术领域都是不可或缺的关键设备，如在可控核聚变研究中，强磁场用于约束高温等离子体，实现核聚变反应，为人类未来能源供应提供希望。而Sr???K?Fe?As?超导线带材因其高临界电流密度和高上临界场的特性，有望满足强场超导磁体对材料性能的严格要求，推动可控核聚变等领域的发展。在高能粒子加速器中，强场超导磁体用于加速和引导粒子束，提高加速器的能量和精度，有助于探索物质的微观结构和基本相互作用。使用Sr???K?Fe?As?超导线带材制造的超导磁体，能够提高加速器的性能，为高能物理研究提供更强大的工具。

尽管铁基超导体具有诸多优势，但目前在制备高性能的Sr???K?Fe?As?超导线带材方面仍面临一些挑战。制备过程中容易出现杂质相，影响超导线带材的性能；晶界弱连接问题也较为突出，导致超导电流在晶界处的传输受到阻碍，降低了临界电流密度。成本较高也是限制其大规模应用的一个重要因素。因此，开展低成本Sr???K?Fe?As?铁基超导线带材的制备及优化研究具有迫切的现实需求。通过优化制备工艺、探索新的掺杂方法和包套材料等手段，有望提高超导线带材的性能，降低制备成本，推动Sr???K?Fe?As?超导线带材的实际应用，为超导技术的发展和应用做出贡献。

1.2国内外研究现状

自2008年铁基超导体被发现以来，全球范围内掀起了对铁基超导体的研究热潮，Sr???K?Fe?As?作为其中具有代表性的体系，其超导线带材的制备及优化研究取得了一系列重要进展。

在制备工艺方面，粉末装管法（PIT）是目前制备Sr???K?Fe?As?超导线带材的主要方法之一。该方法具有工艺简单、成本较低的优点，已被广泛应用。原位PIT法是将原料粉末直接装入金属管中，经过拉拔、轧制等加工工艺后进行热处理，使原料反应生成超导相。这种方法虽然工艺简便，但在超导芯中容易形成孔洞、杂相等缺陷，影响超导线带材的性能。先位PIT法则是先将原料合成超导相粉末，再装入金属管中进行加工，能够获得较高相纯度和致密度的超导芯，但制备过程相对复杂。

国外一些研究团队在粉末装管法制备Sr???K?Fe?As?超导线带材方面取得了显著成果。例如，[具体团队1]通过优化原位PIT法的热处理工艺，在一定程度上提高了超导线带材的临界电流密度。他们研