高温超导材料3D打印技术的突破

高温超导YBCO(钇、钡和铜合金氧化物)块由于其高临界温度、高临界电流密度和高磁场捕获的优异性能，在开发新的高性能器件和电磁器件如非接触式磁悬浮、储能旋转机械、准永磁体、混合器、磁透镜、便携式医疗仪器、滤波器和航空导航陀螺仪方面具有广泛的应用前景。特别是对于旋转机械、空间导航陀螺和便携式医疗设备的研发，在保持超导性的同时制备更轻的超导材料是这类应用的主要目标。

4月18日，记者从兰州大学了解到，学校和教授团队提出了一种YBCO超导材料的高精度直写3D打印方法，解决了非牛顿流体陶瓷的浆料配比和流变控制问题，采用低温冷铸微观结构控制策略，克服了超导块材的烧结收缩开裂问题，实现了复杂多尺度、多层次超轻超导块材的高效可控制备。通过性能表征，获得了最佳性能工艺参数。

该新工艺利用可食性有机材料辅助形成绿色浆料，显示出优异的流变性能，实现了结构精细复杂可控的YBCO块体的制备。为了解决现有3D打印陶瓷材料收缩率高的问题，低温冷铸策略实现了3D打印超导材料的高保形性，为高精度制备YBCO超导块材奠定了基础。同时，这种新工艺的烧结时间和补氧时间比传统工艺大大缩短，超导材料的制备效率提高。

据报道，周佑及其团队在3D中制备的多孔、多尺度、多层YBCO块体的质量密度仅为1.38g立方厘米，为目前世界最低，约为传统冷压烧结工艺制备样品的1/3。

该团队还提出了一种具有先进技术和工业应用潜力的3D印刷YBCO超导陶瓷体的巧妙制备方法。用这种方法制备的超导体可用作航空航天工业的导航辅助设备。相关研究成果发表于《先进功能材料》。