超導(dǎo)材料與結(jié)構(gòu)中的力學(xué)問題研究— Applied Superconductivity Conference 2010 相關(guān)力學(xué)問題評(píng)述-論文網(wǎng)

1、超導(dǎo)材料與結(jié)構(gòu)中的力學(xué)問題研究 Applied Superconductivity Conference 2010 相關(guān)力學(xué)問題評(píng)述-論文網(wǎng)論文摘要：(Washington DC, August 1-6, 2010), 緊緊圍繞超導(dǎo)材料與結(jié)構(gòu)中的力學(xué)問題，在充分掌握信息基礎(chǔ)上，針對(duì)幾個(gè)主要研究方向中的研究進(jìn)展作了簡(jiǎn)要評(píng)述在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提煉出研究的著力點(diǎn)，并給出努力方向。挑戰(zhàn)中充滿機(jī)遇，超導(dǎo)材料力學(xué)發(fā)展呼喚更多的材料固體力學(xué)專家加入這一研究行列論文關(guān)鍵詞：超導(dǎo)材料與結(jié)構(gòu),力學(xué)相關(guān)問題1會(huì)議概況由IEEE應(yīng)用超導(dǎo)委員會(huì)（TheIEEECouncilonSuperconductivity）主辦，

2、美國(guó)勞倫茨國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LawrenceBerkeleyNationalLaboratory）、美國(guó)能源部（DepartmentofEnergy）及海軍國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（NavalResearchLaboratory）共同資助的兩年一度（偶數(shù)年度）的應(yīng)用超導(dǎo)國(guó)際會(huì)議（AppliedSuperconductivityConference2010）于今年8月1日至6日在美國(guó)華盛頓舉行伴隨著鐵基超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)與深入研究，更是在國(guó)際能源危機(jī)的大背景下，本屆應(yīng)用超導(dǎo)國(guó)際會(huì)議規(guī)模空前，來自美國(guó)、西歐及東亞等地區(qū)70個(gè)國(guó)家的共計(jì)1400余人參加了這次盛會(huì)。出席會(huì)議的不僅有大學(xué)、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等研究機(jī)構(gòu)的人員，而且吸引了美

3、國(guó)政府決策部門（美國(guó)能源部）的負(fù)責(zé)人以及眾多的商業(yè)界人士根據(jù)會(huì)議統(tǒng)計(jì)，來自中國(guó)代表約有20位（不包含在國(guó)外工作或訪問的華人代表），他們主要來自中國(guó)科學(xué)院合肥分院、中國(guó)科學(xué)院電工所、清華大學(xué)、華中科技大學(xué)及西南交通大學(xué)等單位2超導(dǎo)材料與結(jié)構(gòu)力學(xué)相關(guān)問題研究進(jìn)展超導(dǎo)材料，根據(jù)其臨界轉(zhuǎn)變溫度不同被分為低溫超導(dǎo)（LowTemperatureSuperconductors）和高溫超導(dǎo)（HighTemperatureSuperconductors，特指臨界溫度在液氮溫區(qū)70K以上的超導(dǎo)材料典型的低溫超導(dǎo)材料有有Nb3Sn和NbTi等；而高溫超導(dǎo)材料有Y系YBCO（YBa2Cu3Ox）、Bi系Bi-2223

4、（(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox）和Bi系Bi-2212（Bi2Sr2CaCu2Ox）。根據(jù)材料特性及不同用途，超導(dǎo)材料制備成塊材（如超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)懸浮中超導(dǎo)塊材）、或者與其他金屬或金屬合金等材料一起制成帶材（Bi2223）、圓線（Bi2212）薄膜涂層復(fù)合體（YBCO）及復(fù)合電纜（Nb3Sn）等如圖1所示，不同超導(dǎo)材料具有不同的臨界電流密度與相應(yīng)的磁場(chǎng)關(guān)系及范圍因此，可以根據(jù)不同的使用范圍，選擇合適的超導(dǎo)材料目前，低溫超導(dǎo)材料Nb3Sn或NbTi已經(jīng)在超導(dǎo)磁體（如磁共振MRI和核磁共振NMR）中發(fā)揮作用正在走向?qū)嵱没蛞丫哂忻黠@應(yīng)用前景的是二代YBCO涂層薄膜和Bi系2212圓線材及2

5、223帶材在磁場(chǎng)大于25特范圍，Bi系2212圓線材稱為最有競(jìng)爭(zhēng)力的選擇之一圖1各種超導(dǎo)材料臨界電流密度與磁場(chǎng)變化關(guān)系（Source:PeterJ.Lee,NHMFL,TallahasseeUSA）正如來自德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KarlsruherInstitutfürTechnologie,KIT）的MathiasNoe教授做的首場(chǎng)大會(huì)報(bào)告中所指出的，力學(xué)及力學(xué)相關(guān)特性（如超導(dǎo)材料力-電-磁耦合作用機(jī)理）的研究對(duì)超導(dǎo)材料的制備及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是必需的，在有些情形下（如超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)和超導(dǎo)磁體）甚至是至關(guān)重要的本屆應(yīng)用超導(dǎo)會(huì)議專門安排了5個(gè)與超導(dǎo)材料與結(jié)構(gòu)力學(xué)特性研究直接有關(guān)的專場(chǎng)報(bào)告（

6、Oral&postersessions）值得一提的是，為了表彰美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NationalInstituteofStandardsandTechnology,NIST）的JackW.Ekin教授（2010年度應(yīng)用超導(dǎo)終身貢獻(xiàn)獎(jiǎng)獲得者之一IEEEAwardsforContributioninthefiledofAppliedSuperconductivity）在超導(dǎo)材料與結(jié)構(gòu)力學(xué)相關(guān)特性研究方面的所作的貢獻(xiàn)，會(huì)議組還安排了一個(gè)特別專場(chǎng)(TheSpecialSessioninhonorofJackEkin)下面著重就本屆會(huì)議中有關(guān)超導(dǎo)材料、結(jié)構(gòu)中與力學(xué)及力學(xué)相關(guān)的幾個(gè)主要問題的研究進(jìn)展

7、做簡(jiǎn)要介紹超導(dǎo)材料基本力學(xué)特性研究超導(dǎo)材料由于其固有的材料特性，其極限應(yīng)變十分有限，譬如Bi-2223超導(dǎo)材料僅為0.1%為了增強(qiáng)其力學(xué)性能，采用延展性比較好的銀或銀鎂合金包套這種材料對(duì)于這種復(fù)合功能材料，不斷優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)使得此帶材在滿足一定的超導(dǎo)電特性前提下具有更好的韌度和更高的機(jī)械強(qiáng)度，是作為走向工程應(yīng)用所面臨的基礎(chǔ)問題之一其相關(guān)的基本研究課題主要有，不同超導(dǎo)材料與結(jié)構(gòu)在不同外部加載下（如單向拉伸和簡(jiǎn)單彎曲載荷）的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系；不同超導(dǎo)結(jié)構(gòu)（如Bi-2223帶材、YBCO薄膜涂層復(fù)合薄膜及超導(dǎo)磁體等）局部或整體的內(nèi)部應(yīng)力及變形評(píng)估；超導(dǎo)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、變形與超導(dǎo)材料組分、微結(jié)構(gòu)以及磁場(chǎng)和溫度

8、的關(guān)系從本屆會(huì)議來看，研究主要圍繞低溫超導(dǎo)Nb3Sn電纜、高溫超導(dǎo)Bi-2223帶材、Bi-2212線材到Y(jié)BCO涂層復(fù)合薄膜展開，研究?jī)?nèi)容已經(jīng)由基本的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系深入到后者即超導(dǎo)材料與結(jié)構(gòu)力學(xué)特性和各主要材料參數(shù)影響規(guī)律的研究但是，相比實(shí)驗(yàn)工作，相關(guān)理論研究無(wú)論是數(shù)量還是質(zhì)量明顯薄弱，而且滯后超導(dǎo)材料應(yīng)變敏感性規(guī)律研究超導(dǎo)復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)和一般復(fù)合材料的最主要區(qū)別在于，除了具有獨(dú)特的電磁特性，更為關(guān)鍵的是，其電磁本構(gòu)量（如臨界電流）與力學(xué)本構(gòu)量密切關(guān)聯(lián)（即物理場(chǎng)與力學(xué)場(chǎng)是耦合的）對(duì)幾乎上所有的超導(dǎo)復(fù)合材料而言，相關(guān)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)臨界電流的改變與材料內(nèi)部應(yīng)變密切相關(guān)：在外加載荷作用下，當(dāng)材料內(nèi)部應(yīng)變積累到某一臨界值時(shí)，超導(dǎo)臨界電流迅速衰減，而且不可逆超導(dǎo)材料學(xué)界把這一現(xiàn)象成為超導(dǎo)材料“應(yīng)變敏感性（Strain-s