超导材料与结构中的力学问题研究— Applied Superconductivity Conference 2010 相关力学问题评述-论文网

1、超导材料与结构中的力学问题研究 Applied Superconductivity Conference 2010 相关力学问题评述-论文网论文摘要：(Washington DC, August 1-6, 2010), 紧紧围绕超导材料与结构中的力学问题，在充分掌握信息基础上，针对几个主要研究方向中的研究进展作了简要评述在此基础上，进一步提炼出研究的着力点，并给出努力方向。挑战中充满机遇，超导材料力学发展呼唤更多的材料固体力学专家加入这一研究行列论文关键词：超导材料与结构,力学相关问题1会议概况由IEEE应用超导委员会（TheIEEECouncilonSuperconductivity）主办，

2、美国劳伦茨国家实验室（LawrenceBerkeleyNationalLaboratory）、美国能源部（DepartmentofEnergy）及海军国家实验室（NavalResearchLaboratory）共同资助的两年一度（偶数年度）的应用超导国际会议（AppliedSuperconductivityConference2010）于今年8月1日至6日在美国华盛顿举行伴随着铁基超导体的发现与深入研究，更是在国际能源危机的大背景下，本届应用超导国际会议规模空前，来自美国、西欧及东亚等地区70个国家的共计1400余人参加了这次盛会。出席会议的不仅有大学、国家实验室等研究机构的人员，而且吸引了美

3、国政府决策部门（美国能源部）的负责人以及众多的商业界人士根据会议统计，来自中国代表约有20位（不包含在国外工作或访问的华人代表），他们主要来自中国科学院合肥分院、中国科学院电工所、清华大学、华中科技大学及西南交通大学等单位2超导材料与结构力学相关问题研究进展超导材料，根据其临界转变温度不同被分为低温超导（LowTemperatureSuperconductors）和高温超导（HighTemperatureSuperconductors，特指临界温度在液氮温区70K以上的超导材料典型的低温超导材料有有Nb3Sn和NbTi等；而高温超导材料有Y系YBCO（YBa2Cu3Ox）、Bi系Bi-2223

4、（(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox）和Bi系Bi-2212（Bi2Sr2CaCu2Ox）。根据材料特性及不同用途，超导材料制备成块材（如超导磁体、超导悬浮中超导块材）、或者与其他金属或金属合金等材料一起制成带材（Bi2223）、圆线（Bi2212）薄膜涂层复合体（YBCO）及复合电缆（Nb3Sn）等如图1所示，不同超导材料具有不同的临界电流密度与相应的磁场关系及范围因此，可以根据不同的使用范围，选择合适的超导材料目前，低温超导材料Nb3Sn或NbTi已经在超导磁体（如磁共振MRI和核磁共振NMR）中发挥作用正在走向实用或已具有明显应用前景的是二代YBCO涂层薄膜和Bi系2212圆线材及2

5、223带材在磁场大于25特范围，Bi系2212圆线材称为最有竞争力的选择之一图1各种超导材料临界电流密度与磁场变化关系（Source:PeterJ.Lee,NHMFL,TallahasseeUSA）正如来自德国卡尔斯鲁厄理工学院（KarlsruherInstitutfürTechnologie,KIT）的MathiasNoe教授做的首场大会报告中所指出的，力学及力学相关特性（如超导材料力-电-磁耦合作用机理）的研究对超导材料的制备及结构的设计是必需的，在有些情形下（如超导储能系统和超导磁体）甚至是至关重要的本届应用超导会议专门安排了5个与超导材料与结构力学特性研究直接有关的专场报告（

6、Oral&postersessions）值得一提的是，为了表彰美国国家标准局（NationalInstituteofStandardsandTechnology,NIST）的JackW.Ekin教授（2010年度应用超导终身贡献奖获得者之一IEEEAwardsforContributioninthefiledofAppliedSuperconductivity）在超导材料与结构力学相关特性研究方面的所作的贡献，会议组还安排了一个特别专场(TheSpecialSessioninhonorofJackEkin)下面着重就本届会议中有关超导材料、结构中与力学及力学相关的几个主要问题的研究进展

7、做简要介绍超导材料基本力学特性研究超导材料由于其固有的材料特性，其极限应变十分有限，譬如Bi-2223超导材料仅为0.1%为了增强其力学性能，采用延展性比较好的银或银镁合金包套这种材料对于这种复合功能材料，不断优化材料结构使得此带材在满足一定的超导电特性前提下具有更好的韧度和更高的机械强度，是作为走向工程应用所面临的基础问题之一其相关的基本研究课题主要有，不同超导材料与结构在不同外部加载下（如单向拉伸和简单弯曲载荷）的应力-应变关系；不同超导结构（如Bi-2223带材、YBCO薄膜涂层复合薄膜及超导磁体等）局部或整体的内部应力及变形评估；超导结构的强度、变形与超导材料组分、微结构以及磁场和温度

8、的关系从本届会议来看，研究主要围绕低温超导Nb3Sn电缆、高温超导Bi-2223带材、Bi-2212线材到YBCO涂层复合薄膜展开，研究内容已经由基本的应力-应变关系深入到后者即超导材料与结构力学特性和各主要材料参数影响规律的研究但是，相比实验工作，相关理论研究无论是数量还是质量明显薄弱，而且滞后超导材料应变敏感性规律研究超导复合材料与结构和一般复合材料的最主要区别在于，除了具有独特的电磁特性，更为关键的是，其电磁本构量（如临界电流）与力学本构量密切关联（即物理场与力学场是耦合的）对几乎上所有的超导复合材料而言，相关实验已经发现，超导临界电流的改变与材料内部应变密切相关：在外加载荷作用下，当材料内部应变积累到某一临界值时，超导临界电流迅速衰减，而且不可逆超导材料学界把这一现象成为超导材料“应变敏感性（Strain-s