超导体迎来“种子选手”：高密度 MgB2 块体具有优异强度，强度为普通的8倍

超导体迎来“种子选手”：高密度 MgB2 块体具有优异强度，强度为普通的8倍

自1911年发现超导现象以来，科学家们一直在寻找能在更高温度下实现超导状态的材料。在众多候选材料中，MgB2超导体因其独特的工作温度（39K）和材料特性而备受关注。最近，日本芝浦理工学院的研究团队通过放电等离子烧结（SPS）技术，成功制造出高密度、无孔的MgB2块体，这一突破性进展为超导体的实际应用开辟了新的可能性。

MgB2超导体是一种无毒、轻质的材料，可以通过简单的烧结工艺制造，并且具有与传统金属超导体相似的电流密度。这些特性使其非常适合应用于需要廉价和轻型超导体的场景，例如太空应用和电机。然而，传统的烧结方法是在环境压力下进行的，这会导致材料高度多孔，从而限制了其超导性能。

在发表于《材料科学与工程：B》期刊的研究中，日本芝浦理工学院的研究人员通过SPS技术，在50MPa的高压下对市售MgB2粉末进行脉冲电流加热。这一创新方法成功制备出了具有99.8%填充率的大型40毫米直径MgB2块体，这是首次通过SPS技术实现如此高密度的MgB2块体制造。

研究发现，制备的样品质量与传统烧结方法制备的样品质量相当，且杂质含量极低。高填充密度显著提升了材料的电流密度和强度。与通过高压热等静压（HIP）技术制备的致密块体相比，SPS块体展现出优异的强度，其弯曲强度是HIP处理块体的八倍。

在高密度样品中，研究人员观察到了俘获场（TP）性能的显著提升。通过磁化样品并在14K和20K的温度下测量TP，研究团队发现MgB2块体在高达1.6特斯拉的外部磁场中表现出优异的TP值。然而，当施加更大的外部磁场时，材料的导热性较差导致过热，从而降低了TP值。

尽管存在热限制，但高密度MgB2超导体相较于传统烧结超导体已取得显著进步。领导该研究的Muralidhar Miryala教授表示，这种大型SPS MgB2块体有望在多个领域实现广泛应用，为超导体的商业化铺平道路。

随着空间探索和电力运输等领域对更便宜、更轻、更高效的超导体需求日益增长，这项突破性研究为MgB2超导体的实际应用带来了新的希望。未来，这些令人印象深刻的MgB2超导体可能在多个领域实现更加高效的应用。