蘭州大學土木工程與力學學院周又和教授團隊制備出的超輕質YBCO超導塊，不僅具有結構復雜、高超導性的優良特性，且其臨界電流密度還提高到了傳統冷壓燒結樣品的3.15倍，其密度值也為目前國際最低。
想象一下，如果握在手里的甜筒冰淇淋化了，而甜筒殼底部恰好破了個洞，任由冰淇淋往下滴，會滴出怎樣的圖景？科技日報記者5月23日從蘭州大學獲悉，該校土木工程與力學學院周又和教授團隊用這樣的“冰淇淋”設計，解決了一個可控超導材料制備的國際難題。相關成果近日發表在國際著名期刊《先進功能材料》上。
在這個“冰淇淋”中，類似甜筒外殼的裝置叫作3D打印噴頭，“甜筒”里裝的則是經過數次配比而成的YBCO（釔鋇銅氧高溫超導體）超導塊材漿料。在團隊設計的程序控制下，漿料自如地從噴頭中滴落，可按照既定“路線”打印出具有復雜形狀的超導樣品。
一直以來，高溫超導YBCO塊材因其高臨界溫度、高臨界電流密度和高俘獲磁場的優異性能，在無接觸磁懸浮、儲能旋轉機械、準永磁體等方面顯示出良好的應用前景。但由于制備YBCO塊材的原材料——YBCO氧化物陶瓷自帶本征脆性，再加上高溫燒結制備過程中溫度變化引起的機械應力，傳統冷壓燒結制備無法實現各種形狀、各種結構的制備和塑形要求。
“超導材料的固有脆性極大地制約了超導應用的力學性能，其超導性與力學性能是一大矛盾，建議蘭州大學針對增韌改性進行攻關。”2015年，在浙江大學召開固體力學國家基金委創新研究群體交流會時，時任國家自然科學基金委主任楊衛院士得知周又和團隊長期關注此領域，就未來研究方向與周又和進行了深入探討。
經過近5年的攻堅，周又和團隊成功探索出高精度直接書寫式（DIW）3D打印技術，采用低溫冷鑄微結構調控策略，進一步克服了YBCO塊材燒結收縮開裂的問題，將YBCO的收縮率由傳統的50%降低到基本不收縮，為YBCO超導塊材的高精度制備奠定了基礎。
該團隊制備出的超輕質YBCO超導塊不僅具有結構復雜、高超導性的優良特性，還將YBCO塊材的臨界電流密度提高到了傳統冷壓燒結樣品的3.15倍，其密度值也為目前國際最低，約為傳統冷壓燒結工藝制備樣品的1/3。同時，材料的多孔結構特點也為后續縮短補氧耗時奠定了基礎，使其制備效率得到大幅度提升。
由該3D打印設備制備出的厘米尺度級的超導塊材，比如具有特定結構的3D晶格結構可應用于高溫超導濾波器，為5G通信和軍事設備提供更好的服務。而由該3D打印設備制備出的超導飛輪，實現了在液氮溫度下航天陀螺飛輪懸浮及旋轉，為工程應用奠定了基礎。
周又和說，下一步團隊將著力研究超導材料的增韌改性，致力于實現超導塊材的強韌化，進而實現易加工性，同時進一步提高3D打印制備樣品的臨界電流，為超輕YBCO超導塊材的可控制備和未來應用打下堅實基礎。
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