國際首個REBCO戰略研究報告：攻克“十大關鍵科學技術問題”

近日，中國科學院物理研究所正式發布《2025年度REBCO高溫超導帶材戰略研究報告》。這是國際首個聚焦高溫超導帶材發展的戰略研究報告，系統梳理了稀土鋇銅氧（REBCO）高溫超導帶材在全球范圍內的研發、產業化與應用現狀，并凝練提出了該領域面臨的“十大關鍵科學技術問題”，為實現高溫超導材料的大規模應用提供了清晰的路線圖。

超導材料具有零電阻和完全抗磁性等非凡特性，被視為21世紀極具戰略價值的前沿材料，在能源、交通、醫療、科研等多個關鍵領域有廣闊應用前景，是推動未來技術突破的重要基石。然而，傳統超導材料需要在極低的液氦溫度（-269℃）下工作，制冷成本高且依賴稀缺的氦資源。因此，過去幾十年里，超導技術的應用一直局限于大型科研裝置（如粒子加速器）和高端醫療設備（如核磁共振儀）等少數領域。

而以稀土鋇銅氧為代表的高溫超導材料的臨界溫度高于液氮溫度（-196℃），制冷成本大幅降低，同時在承載電流和抵抗磁場方面性能顯著提升，為更大規模應用奠定了基礎。自2006年實現商業化制備以來，稀土鋇銅氧高溫超導帶材在磁約束核聚變、高端醫療設備、大科學裝置及超導電力設備等多個領域展現出重要應用潛力。整體來看，其應用主要集中在兩大方向：電力系統與磁體系統。

在電力系統中，稀土鋇銅氧帶材可用于制造超導電纜和故障限流器。超導電纜能在液氮溫度下實現大電流、低損耗輸電，尤其適合城市電網升級改造；故障限流器能在電網短路時迅速限制電流，保障電網安全。當前技術重點在于繼續提高帶材的載流能力、保證長距離性能均勻、降低損耗并控制成本。

在磁體系統中，稀土鋇銅氧帶材憑借其強磁場下載流能力強的特點，可應用于核聚變裝置、高場磁共振成像、超導電機等重要設備。這些應用對材料的機械強度和穩定性提出了很高要求。未來，隨著不同應用場景對材料性能的需求日益細化，發展“按需定制”的超導帶材將成為推動其規模化應用的關鍵。

盡管稀土鋇銅氧高溫超導帶材已進入商業化初期，但性能仍有很大提升空間。當前高溫超導帶材是由合金基帶、緩沖層、超導層和保護層組成的多層復合結構。未來發展的關鍵在于，系統推進材料、工藝與應用的協同創新，具體體現在：針對超導層，需優化內部結構以增強其在磁場中的載流能力；圍繞基帶、緩沖層和保護層，要著力改善強度與韌性的平衡、結構傳導效率以及層間界面結合等問題；同時，必須發展可規模化、一致性高的制備工藝，實現帶材的低成本、批量穩定生產，從而滿足各領域日益增長的規模化應用需求。

更重要的是，報告還系統凝練出阻礙稀土鋇銅氧帶材走向大規模應用的十大關鍵科學技術問題。這些問題貫穿基帶、緩沖層到超導功能層的整個材料體系，是連接基礎研究與工程應用的“樞紐”，攻克它們需要材料、物理、工程等多學科的深度協同。

中國科學院物理研究所所長方忠院士介紹，這十大關鍵問題源自對產業鏈從研發到應用的全鏈條深入調研。通過逐層剖析稀土鋇銅氧帶材的結構，找出每一層材料的性能瓶頸與層間匹配難點；同時對照核聚變、超導電網等國家重大需求，分析現有材料與實際應用之間的差距，從而明確了從“能用”到“好用”所需攻克的具體方向。