CN107949890A - 具有优异绝缘性的高温超导线圈、其使用的高温超导导线及其制造方法 - Google Patents

具有优异绝缘性的高温超导线圈、其使用的高温超导导线及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超导线圈，其具有其中绝缘层使相邻的卷绕导线之间的空间电绝缘的结构。本发明提供了一种超导线圈，其中在长度上延伸且具有预定宽度的超导导线被堆叠和卷绕，该超导线圈包括：金属‑绝缘体转变(MIT)材料层，其被插入以使在超导导线的堆叠方向上相邻的超导导线之间的空间电绝缘。根据本发明，可以提供一种高稳定的超导线圈，容易控制该超导线圈的包括响应特性的电磁特性，并且该超导线圈具有针对当磁体操作时的失超现象等的自我保护功能。

Description

具有优异绝缘性的高温超导线圈、其使用的高温超导导线及 其制造方法
技术领域
本发明涉及一种通过卷绕超导导线而形成的超导线圈，且更特别地，涉及一种具有其中绝缘层使相邻的卷绕导线之间的空间电绝缘的结构的高温超导线圈。
背景技术
在液氮温度下操作的高温超导导线在高磁场下呈现出高阈值电流密度特性，并且因超导磁体的高磁场的应用等而引起关注。
高温超导导线可具有其中细丝型超导部分或薄膜型超导部分在导电金属外部表层内延伸的结构，并且根据其结构可被划分成第一代超导导线和第二代超导导线。例如，第二代超导导线具有其中金属衬底、缓冲层、超导层和稳定层堆叠的结构，并且导线的外部部分具有被诸如Cu和Ag或其合金的导电金属覆盖的结构。因此，当线圈卷绕时，相邻匝的导线彼此电接触。
为了防止电接触，超导导线可在附着有绝缘材料的状态下卷绕，绝缘材料诸如聚四氟乙烯或聚酰亚胺。
然而，构成超导磁体的超导导线是否绝缘会影响诸如超导磁体的激励的电磁特性。
进一步地，超导导线是否绝缘显著影响对失超的保护特性。具体地，已知高温超导导线具有高热容量和高临界温度，因此与低温超导导线相比，高温超导导线发生失超的可能性较低，但实际上，高温超导导线具有较低的失超传播速度，因此存在难以在外部检测到失超现象的问题，并且高温超导导线具有因局部失超现象而导致导线烧毁的致命缺陷。为了解决这个问题，已经开发了用于检测超导磁体中发生的失超现象并保护导线免于失超现象的各种技术，但截止目前仍没有根本的解决方案。
发明内容
[技术问题]
为了解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种超导线圈，其由适于应用高磁场的高温超导导线形成。
本发明的另一目的在于提供一种高温超导线圈，当被用作磁体时，容易控制其的包括响应特性的电磁特性。
本发明的另一目的在于提供一种高温超导线圈，其具有针对当超导磁体操作时发生的失超现象的自我保护功能。
本发明的另一目的在于提供一种超导导线结构，其适于使用在上述高温超导线圈中。
本发明的另一目的在于提供一种制造上述高温超导导线的方法。
[技术方案]
在本发明的方面中，提供了一种高温超导线圈，其中在长度方向上以预定宽度延伸的高温超导导线被卷绕，该高温超导线圈包括：插入的金属-绝缘体转变(MIT)材料层，以使相邻的超导导线的超导部分之间的空间电绝缘。
在本发明的示例性实施例中，MIT材料层可具有等于或高于超导导线的临界温度的转变温度。进一步地，MIT材料层的转变温度可低于临界温度+100K。
进一步地，根据本发明的示例性实施例，MIT材料层的导电率在接近转变温度的温度下可增加103倍或更多，更优选地，增加105倍或更多。
进一步地，MIT材料层可具有等于或低于室温的转变温度。
在本发明的示例性实施例中，MIT材料层可包括诸如VO或VnO2n-1(此处，n＝2至9)的钒氧化物。
进一步地，在本发明的示例性实施例中，MIT材料层可包括从由Fe3O4、RNiO3(R＝La、Sm、Nd或Pr)、La1-xSrxNiO4(此处,x<1)、NiS1-xSex(此处，x<1)和BaVS3所组成的组中选择的材料的至少一种。
根据本发明的示例性实施例，超导导线可包括超导材料和围绕超导材料的导电外部金属表层，并且MIT材料层可插入在相邻堆叠的超导导线的外部金属表层之间。
进一步地，可在卷绕导线的长度方向上，连续地或间断地插入MIT材料层。
在本发明的另一方面中，提供了一种高温超导导线，其包括：在长度方向上延伸的超导部分和围绕超导部分的导电外部金属表层；以及金属-绝缘体转变(MIT)材料层，导电外部金属表层的上表面或下表面的至少一部分涂覆有MIT材料层，并且MIT材料层在超导部分的延伸方向上延伸。
在这种情况下，导电外部金属表层可包括形成有超导部分的金属衬底和保护超导部分的金属层。进一步地，导电外部金属表层可包括围绕超导部分的金属层。进一步地，MIT材料层可间断地延伸。
在本发明的示例性实施例中，MIT材料层可包括支撑体和支撑在支撑体上的金属-绝缘体转变材料。在这种情况下，支撑体可具有网格结构。
进一步地，MIT材料层可包括：MIT材料粉末；以及粘合MIT材料粉末的粘合剂。
在本发明的另一方面中，提供了一种高温超导导线，其包括：在长度方向上延伸的超导部分和围绕超导部分的导电外部金属表层；金属-绝缘体转变(MIT)材料层，导电外部金属表层的上表面或下表面的至少一部分涂覆有MIT材料层，并且MIT材料层在超导部分的延伸方向上延伸；以及MIT材料层上的导电保护层。
在这种情况下，导电保护层可与导电外部金属表层电绝缘。进一步地，导电保护层可以是金属材料。
进一步地，MIT材料层可形成为围绕导电外部金属表层的至少一部分。
在本发明的另一方面中，提供了一种制造超导导线的方法，该方法包括：提供高温超导导线，其包括具有预定宽度并在长度方向上延伸的超导部分和围绕超导部分的导电外部金属表层；以及将金属-绝缘体转变(MIT)材料层提供至超导导线的外部金属表层的上表面或下表面的至少一部分。
在本发明中，提供MIT材料层可包括：提供其中分散有MIT材料的溶液；以及将溶液施加到外部金属表层的上表面或下表面的至少一部分上。
[有益效果]
根据本发明，可以提供一种适于应用高磁场的高温超导线圈。进一步地，根据本发明，可以提供一种高稳定的超导线圈，当被用作磁体时，容易控制该超导线圈的包括响应特性的电磁特性，并且该超导线圈具有针对当磁体操作时的失超现象等的自我保护功能。
附图说明
图1是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的超导线圈100的示图。
图2是示出沿A-A′方向截取的图1的线圈的横截面的示图。
图3是示出根据另一示例性实施例的图1的线圈的横截面的示图。
图4是示意性地示出根据作为本发明的金属-绝缘体转变(MIT)材料的示例的VO和V2O3的温度的导电率特性的曲线图。
图5是示出根据本发明的另一示例性实施例的钒氧化物的转变温度的示图。
图6是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的超导导线的横截面的结构的示图。
图7是示意性地示出根据本发明的另一示例性实施例的超导导线的横截面的结构的示图。
图8是示意性地示出根据本发明的另一示例性实施例的超导导线的横截面的结构的示图。
图9A和图9B是示出根据本发明的示例性实施例的MIT材料层施加装置的示例的示图。
图10A和图10B是示出根据本发明的示例性实施例的MIT带材的示例的示图。
图11是示出根据本发明的另一示例性实施例的超导线圈的结构的示图。
图12是示意性地示出适于构造图9的线圈结构的超导导线的示图。
图13是示出根据MIT体材料的温度变化的电压变化的曲线图。
图14是示出根据本示例性实施例的施加了MIT涂层的超导线圈的电压、电流和磁通密度的测量结果的曲线图。
图15是示出图14的局部时段的放大图。
图16是示出用于与本发明进行比较的、使用聚酰亚胺带材进行绝缘的超导线圈的电压、电流和磁通密度的测量结果的曲线图。
具体实施方式
[最佳模式]
在下文中，将通过参照附图描述本发明的示例性实施例来详细描述本发明。
在本发明的说明书中，高温超导线圈指通过卷绕高温超导导线而形成的线圈。
以下描述的本发明的示例性实施例主要基于第二代高温超导导线描述和示出，但本发明不限于此，并且也应用第一代高温超导导线。此外，本发明的高温超导线圈可应用于以预定操作模式操作的磁体，磁体诸如超导发电机的磁场线圈和磁共振成像(MRI)的超导磁体，预定操作模式诸如电流应用模式或恒定电流模式。
图1是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的超导线圈100的示图。
如图1所示，在长度方向上延伸的带状的超导导线110沿顺时针方向卷绕以形成堆叠结构。形成超导线圈100的卷绕导线的匝数可根据线圈的所需特性而进行适当地设计。图1示出了其中单个卷绕导线的横截面形成同心圆的基本线圈卷绕导线，但本发明的超导线圈不限于所示结构。例如，本发明可应用于整个卷绕导线，其中超导导线是堆叠的和/或卷绕的，而不管超导导线的形状，诸如盘形形状、双盘形形状以及环形形状。
在本示例性实施例中，金属-绝缘体转变(MIT)材料层120插入在超导导线110的堆叠方向上的相邻匝的卷绕导线之间。
如图1所示，MIT材料层120可沿卷绕导线连续延伸。图1示出了一个MIT材料层120插入在相邻匝之间的情况，但本发明不限于此。例如，两个MIT材料层可插入在超导线圈的相邻匝之间。在这种情况下，插入的两个MIT材料层也可被连接，但超导线圈100也可具有第三导电层插入在两个MIT材料层之间的结构。在本发明中，MIT材料层120使卷绕导线匝之间的空间在超导导线的超导状态下绝缘，并且MIT材料层120可具有可以实现卷绕导线匝之间的绝缘性的预定结构。
现有技术中的绝缘线圈，其中线圈的卷绕导线匝之间的空间通过使用诸如聚酰亚胺、聚四氟乙烯和聚酰亚胺的绝缘材料来绝缘，减少了线圈的时间常数并确保了磁体的快速响应特性。然而，现有技术中的绝缘线圈具有电稳定性低的缺点。例如，当在超导磁体操作期间发生失超时，存在于绝缘线圈匝之间的绝缘层在超导部分中发生失超时不能在匝之间传输旁路电流。
由于这些问题，使用了非绝缘线圈。非绝缘线圈在匝之间提供电流旁路路径以提高电稳定性，但根据电流的增大/减小而劣化了响应特性。例如，当非绝缘线圈用作发电机的超导磁场线圈时，线圈由于较高的时间常数而不能呈现出对所施加电流的快速响应特性。
在本发明中，根据线圈的操作状态，MIT材料层呈现出非绝缘线圈和绝缘线圈的优点。也就是说，在超导导线的临界温度或更低温度下处于超导状态的MIT使线圈之间的空间绝缘并且使线圈能够呈现出快速响应特性(充电/放电特性)。然后，当超导线圈由于失超或其他异常加热而转变为正常导电状态时，MIT材料层呈现出较高的导电性并提供电流的旁路路径。
图2是示出沿A-A′方向截取的图1的线圈的横截面的示例的示图。
如图2所示，超导导线110a、110b和110c被堆叠和卷绕以形成线圈。超导导线110a、110b和110c卷绕且其间插入有MIT材料层120。超导导线100a、100b和100c为第二代超导导线，其中导线的超导部分由超导层114形成。
如下面将描述的，为确保与超导导线良好的电粘着性和机械粘着性，可以其中超导导线的表面涂覆有MIT材料层120的形式来提供MIT材料层120。
如图2所示，超导导线110a、110b和110c中的每一个可包括金属衬底112、超导层114、覆盖层116和稳定层118。为了形成超导层114，可在金属衬底112上形成缓冲层，但为了方便说明在此未分别示出。示出了在超导层114上形成用于保护超导层112的覆盖层116，但覆盖层116可延伸以围绕超导层和衬底112的侧面部分。进一步地，稳定层118延伸以围绕超导层114上的衬底112，但其形式可由本领域技术人员适当地设计。进一步地，与图示的厚度相比，附图中除金属衬底之外的其余层的厚度非常小，但为便于说明而被夸大和示出。
通常，上述超导导线110的金属衬底112可以是诸如滚动辅助双向衬底(RABiTS)的双向拉伸金属衬底或者诸如离子束辅助沉积(IBAD)衬底的多晶金属衬底。衬底可由诸如镍合金或不锈钢的材料形成。缓冲层可由双向拉伸的金属氧化物层形成。作为缓冲层，可使用诸如Y2O3、YSZ、CeO2或MgO的材料。进一步地，缓冲层也可具有包括两个或更多个材料层的堆叠结构。超导层130可使用基于ReBCO(ReBa2Cu3O7，此处Re是由Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho和Y组成的金属元素中的至少一个)的高温超导材料。
稳定层118可由导电金属形成，导电金属由银、铜或其合金形成。因此，MIT材料层120使相邻超导导线110的导电金属之间的空间电绝缘，并且电流在超导导线的正常操作状态下流过超导层112。
同时，当超导层112的特定点由于失超等而转变为正常导电状态时，稳定层118用作电流的旁路路径。进一步地，MIT材料层120的状态由于因失超现象产生的热而转变为金属状态，并且电流可从一个超导导线110a穿过MIT材料层120并转移到相邻的超导导线110b。
[实施发明的方式]
图3是示出根据本发明的另一示例性实施例的超导线圈的横截面的结构的示图。
参照图3，超导导线110a、110b和110c中的每一个具有第一代导线的结构，其中细丝形状的超导部分14被布置在诸如金属稳定部分16的金属基体内侧。超导部分可由诸如Bi2223的超导材料制造。类似于图2，MIT材料层120插入在超导导线110a、110b和110c之间。
参照图2和图3描述的MIT通常指一种材料，其在低于预定温度(转变温度)的温度下具有较低导电率以用作绝缘体，但在转变温度或更高温度下呈现出导电率的急剧增加。
即使在本发明的说明书中，MIT被用作与其一般用途基本相同的含义。然而，适于本发明的MIT具有等于或高于超导导线的临界温度的转变温度，并且在包括MIT的转变温度的区间之前和之后具有优选为103或更高的导电率，更优选为105或更高的导电率。
在本发明中，MIT具有等于或高于在导线中使用的超导材料的临界温度的转变温度。MIT的转变温度可优选地小于超导材料的临界温度+150K，更优选地，小于临界温度+100K，并且进一步更优选地，小于临界温度+50K。进一步地，考虑到当发生失超时产生足以导致线圈烧毁的高热量的特征，可用于本发明的MIT的转变温度接近于室温。当然，MIT的转变温度可等于或高于超导材料的临界温度，但本质上不限于此。
适于本发明的MIT材料的示例可包括钒氧化物。钒氧化物中的V2O5相被划分为典型的绝缘体，但VO、VO2及VnO2n-1(此处，n＝2至9)组合物的钒氧化物具有转变温度并呈现出电金属-绝缘体转变特性。
图4是示意性地示出根据作为本发明的MIT材料的示例的VO和V2O3的温度的导电率特性的曲线图。
参照图4，在温度升高和降低过程期间，MIT的导电率的变化扩展出不同的路径，例如滞后回线。在VO的情况下，当温度升高时，导电率在接近123K(-150℃)的转变温度下急剧增加103倍或更多，并且在V2O3的情况下，导电率在接近163K(-110℃)的温度下急剧增加约103倍或更多。
图5是示出根据本发明的另一示例性实施例的钒氧化物的转变温度的示图。
由VnO2n-1(n＝2至9)表示的钒氧化物的转变温度值可通过适当的模型计算。作为转变温度的示例，图4表示由A.L.Pergament在《国际学术研究网络ISRN凝聚态物理学》第2011卷，文章识别号605913，5页的“钒氧化物的金属-绝缘体转变温度和激发相”中提出的转变温度Tt的值。
同时，在本发明中，可使用以下列举的各种材料作为MIT材料。
表1
材料 转变温度 电阻比
Fe3O4 120K 100至1000
RNiO3(R＝La、Sm、Nd、Pr) 130至240K 100至1000
La1-xSrxNiO4 40至240K 100至10000
NiS1-xSex 80至260K 10至100
BaVS3 74K 10000至100000
在下文中，将描述适于制造图1的超导线圈的超导导线的示例性实施例。
图6A至图6D是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的超导导线的横截面的结构的示图。
参照图6A，超导导线210包括形成有缓冲层213的金属衬底212、超导层214、覆盖层216和稳定层217。MIT材料层218涂覆超导导线210的上表面。
MIT材料层218可通过适当的涂覆方法来涂覆超导导线210的上表面。例如，MIT材料层218可通过喷溅涂覆法形成。与此不同，当然可使用从前体溶液形成所需的MIT材料层218的湿法。
进一步地，与此不同，也可通过焊接或接合单独制造的条形MIT材料层的方法形成MIT材料层。进一步地，具有挠性的MIT条可粘合到导线的一个表面或两个表面上。为此，聚合物材料也可用作MIT材料的粘合剂，并且进一步地，在这种情况下，聚合物粘合剂还可包括导电聚合物。
进一步地，在本发明中，考虑到涂层的电特性和机械特性，可适当地选择MIT材料层218的厚度。
如上所述，MIT材料层218可由常规的MIT材料形成，例如钒氧化物，诸如VO和VnO2n-1(n＝2至9)、其混合组合物或其相的复合物。根据情况，MIT材料层218中可包括另外的化合物。
如图6B所示，MIT材料层218也可形成在超导导线110的下表面上，并且如图6C所示，MIT材料层218也可形成在超导导线110的上表面和下表面两者上。进一步地，如图5D所示，MIT材料层218可形成为围绕超导导线的上表面、下表面和侧表面。
图7A至图7D是示意性地示出根据本发明的其他示例性实施例的超导导线的横截面的结构的示图。
与图6相比，图7的超导导线与图6的超导导线的不同之处在于导电保护层219形成在MIT材料层218上。导电保护层219保护MIT材料层218。导电保护层219具有良好的导电性以在MIT材料层218处于金属状态时提供导电路径。例如，诸如Cu、Ag和Al或其合金的导电金属可用作形成保护层的材料。
图8是示意性地示出根据本发明的另一示例性实施例的超导导线的横截面的结构的示图。
参照图8，类似于图6A，超导导线包括形成有缓冲层213的金属衬底212、超导层214、覆盖层216和稳定层217。然而，图8的超导导线与图6A的超导导线的不同之处在于MIT材料层218形成在图8的导线内部，且特别地，MIT材料层218直接与超导层的上表面接触。
上述本发明的超导导线可通过各种方案制造。除现有技术中制造超导导线的方法以外，可使用形成MIT材料层218的各种方案。可使用诸如喷溅和化学气相沉积的干式涂覆方法，并且可使用各种应用工艺，诸如包括流涂、浸涂、旋涂和喷涂的通用湿涂工艺。
图9A是示出根据本发明的示例性实施例的MIT材料层施加装置的示例的示图。
卷绕在辊310上的超导导线110和210以预定速度展开并被供给到施加装置320。施加装置320将MIT溶液提供到超导导线110上。施加装置320可包括例如喷雾器或分配器。施加装置320从MIT溶液供给装置(未示出)连续或间断地接收MIT溶液。当然，除了喷雾器或分配器或代替喷雾器或分配器，预定的薄膜敷贴器可用作施加装置。
如图所示，其上施加有MIT材料的超导导线通过诸如辊的加压装置加压，使得可形成具有均匀厚度的MIT材料层。诸如加热器的加热装置可嵌入在辊中。进一步地，另外，形成有MIT材料层的超导导线210可穿过干燥器370并被干燥。
图9B是示出根据本发明的另一示例性实施例的MIT材料层施加装置的示例的示图。
参照图9B，MIT供给辊330与超导导线卷绕辊310一起设置在施加装置中。MIT供给辊310供给带形状的MIT材料层。MIT材料层可包括MIT材料和用于以带形状模制MIT材料层的适当添加剂。通过诸如加压辊的加压装置，来自MIT供给辊330的MIT带材400与从超导导线卷绕辊310供给的超导导线110粘合。粘合的超导导线210可进一步经受附加工艺，诸如由干燥器370干燥。
在前文中，已经参照图9描述了MIT材料层形成在超导导线110的一个表面上的情况，但施加装置320可在超导导线110的两个表面上或遍及超导导线110的整个外部部分上形成MIT材料层，为此，可使用包括两个或更多个注射喷嘴的施加装置。进一步地，也可通过使用两个或更多个如图7B中所示的卷绕辊330而在超导导线的两个表面上形成MIT材料层。
图10是示出根据本发明的示例性实施例的MIT带材的示例的示图。
图10A是MIT带材的俯示图，图10B是示出将MIT带材粘合到超导导线410之后的横截面的示图。图10B示出了图10A中在B-B′方向上的横截面。
参照图10A，MIT带材400包括具有网格结构的支撑体410和MIT材料层420。MIT材料层420主要形成在网格结构的开口部分中。考虑到结构的稳定性和电特性，可适当地选择网格结构的开口部分的尺寸和支撑体的厚度。
本示例性实施例的MIT带材400可通过各种方法制造。例如，MIT带材400可通过以下来制造：使网格结构的支撑体410浸渍在MIT溶液中或将MIT溶液施加到网格结构的支撑体410上，然后适当干燥支撑体410。通过上述方案制造的MIT带材400可被提供给图6B所示的装置。进一步地，相反地，不包括MIT的带材支撑体可被提供给图6B所示的装置，并且在带材支撑体与超导导线粘合之后，带材支撑体和超导导线可浸渍在MIT溶液中或通过单独的施加方法施加有MIT溶液。
已经参照图10描述了基于支持体结构的MIT带材的示例，但是本发明不限于此。MIT带材可基于与上述构造不同的构造。例如，也可使用由MIT粉末形成的MIT带材和支撑MIT粉末的粘合剂。在这种情况下，导电粘合剂也可用作粘合剂。
在上文中，已经基于包括衬底、缓冲层、超导层、覆盖层和稳定层的第二代导线描述了本发明的示例性实施例，但是本发明不限于此。例如，本领域技术人员可理解，本发明的技术精神可应用于由第一代超导导线形成的超导线圈，其中在第一代超导导线中，多个超导细丝被埋藏在导电金属层中。
图11是示出根据本发明的另一示例性实施例的超导线圈的结构的示图。
本示例性实施例的超导导线110与参照图1描述的超导导线的相同之处在于，在长度方向上延伸的带形状的超导导线110被卷绕以形成具同心圆形状的横截面的堆叠结构。然而，插入在超导导线110之间的MIT材料层120没有在超导导线的长度方向上连续延伸。
MIT材料层120部分地插入在超导导线的相邻匝之间。上述结构具有与部分绝缘线圈类似的结构。例如，可任意选择其中插入MIT材料层的匝。进一步地，可插入MIT材料层120，使得一匝的MIT材料层120针对n倍匝数的超导导线进行重复。本示例性实施例的超导线圈更适于如下情况：与线圈的响应特性相比，更需要线圈的稳定性。
图12是示意性地示出适于构造图11的线圈结构的超导导线的示图。
图12是示出超导导线的侧表面的示图。参照图12，超导导线的上表面涂覆有不连续的MIT材料层218。可根据匝的长度和所需的线圈特性来确定相邻MIT材料层218之间的间隔。
以上，已经基于超导线圈和适于超导线圈的超导导线描述了本发明。然而，例如，本领域技术人员可以理解，在多根导线被堆叠或卷绕的情况下，本发明也适于超导电缆。
在下文中，将描述本发明的示例。
A.制造MIT溶液和超导线圈
将V2O3粉末与作为粘合剂的聚偏二氟乙烯(PVDF)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)以适当的比例混合。混合物的粘度可通过调整粘合剂的含量来控制。在本示例中，在质量上通过混合97％的V2O3和3％的PVDF+NMP来制备涂覆浆料。
B.测量金属-绝缘体的转变温度
将单独的导线重叠排列，并且将导电引线连接到每根导线的两端，其中单独的导线中的每一个通过在住友公司的BI-BSCCO高温超导导线的两个表面涂覆所制备的涂覆溶液来进行制造。接下来，测量施加到导电引线两端的电压。将导线排列放入液氮中，保持预定时间，然后取出至外部以测量导线的温度和电压。
图13是示出根据MIT体材料的温度变化的电压变化的曲线图。
参照图13，从V2O3体材料的电压值的变化可以看出，从液氮温度到转变温度(约160K)期间，V2O3体材料具有预定电阻值，并且电阻值在接近转变温度的温度处急剧下降。
C.制造超导线圈
与上述类似，将超导导线卷绕在直径为140mm的线轴上，同时将住友公司的BI-BSCCO高温超导导线的两个表面涂覆V2O3浆料。堆叠的超导导线的匝数为八。将卷绕的线圈在110℃的温度下热处理18小时，除去溶剂。随后，将线圈的外表面涂覆环氧树脂并在空气中固化三天以制造超导线圈。
为与本发明进行比较，利用其中未涂覆MIT材料层的超导导线制造具有相同形状的超导线圈。超导导线通过聚酰亚胺带材被绝缘、被卷绕、利用环氧树脂被涂覆、并且被固化。
测量所制造的超导线圈的电压、电流、温度和磁通密度。使用国家仪器公司(National Instrument Company)的数据采集(DAQ)和LabVIEW程序作为测量设备。在这种情况下，电压抽头被安装在每匝线圈中，以测量每匝的电压和整个匝的电压。进一步地，通过在电源的输出端安装分流电阻器来测量电流。通过在线圈的中心设置能够在极低温度下测量磁场的霍尔传感器来测量磁场。通过将E型热电偶插入在第四匝和第五匝之间的空间来测量线圈的温度。
图14是示出施加了MIT涂层的超导线圈的电压、电流和磁通密度的测量结果的曲线图。
如图14所示，观察到的是在施加电压大约210秒后电压急剧升高，并且电压在随后的时段中升高和降低预定时间。
图15是示出图12的时段的放大图。
参照图15，可以看出的是，观察到在经过约210秒之后，电压升高和降低约20秒。进一步地，可以看出的是，在该时段中，磁通密度缓慢降低。
曲线图可按如下所述进行解释。当施加电压后经过210秒时，在超导导线的预定位置处发生失超，并且根据发生失超的热量对形成在相应区域中的MIT材料层加热，并且将MIT材料层相变为导电状态。根据相转变，电流暂时旁路至MIT材料层且失超区域的热量被抑制。当然，约20秒后，由于连续加热，超导导线遭到破坏。
也就是说，证明了本示例性实施例的MIT材料层抑制了超导导线的电阻急剧增加并且延迟了导线的破坏。进一步地，本示例性实施例中所示的电压增加的延迟使得能够通过测量电压和磁通量密度的变化来检测失超。进一步地，电压增加的延迟可给予足够的时间来主动控制线圈，诸如线圈的停止操作。
图16是示出用于与本发明进行比较的、使用聚酰亚胺带材进行绝缘的超导线圈的电压、电流和磁通密度的测量结果的曲线图。
如图16所示，可以看出的是，由于约80秒后产生的电压增加，线圈瞬间被破坏。在这种情况下，不可能检测到发生失超或控制线圈的操作。
已经参照附图描述了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员将理解的是，可在不改变其技术精神或基本特征的情况下以其他特定形式实施本发明。因此，将理解的是，上述实施例在各种意义上都旨在为说明性的，而非限制性的。
[工业实用性]
本发明适于超导导线、超导线圈、超导电缆等。

Claims (30)

1.一种高温超导线圈，其中高温超导导线被卷绕，所述高温超导导线包括在长度方向上以预定宽度延伸的超导部分，所述高温超导线圈包括：
金属-绝缘体转变材料层，即MIT材料层，插入在相邻的所述高温超导导线的所述超导部分之间。
2.根据权利要求1所述的高温超导线圈，其中所述MIT材料层具有转变温度，所述转变温度等于或高于所述高温超导导线的临界温度。
3.根据权利要求1所述的高温超导线圈，其中所述MIT材料层的转变温度低于临界温度+100K。
4.根据权利要求2或3所述的高温超导线圈，其中在接近所述转变温度的温度下，所述MIT材料层的导电率增加103倍或更多。
5.根据权利要求2或3所述的高温超导线圈，其中在接近所述转变温度的温度下，所述MIT材料层的导电率增加105倍或更多。
6.根据权利要求2或3所述的高温超导线圈，其中所述MIT材料层具有等于或低于室温的所述转变温度。
7.根据权利要求1所述的高温超导线圈，其中所述MIT材料层包括钒氧化物。
8.根据权利要求7所述的高温超导线圈，其中所述MIT材料层包括VO。
9.根据权利要求7所述的高温超导线圈，其中所述MIT材料层包括从由VnO2n-1组成的组中选择的材料的至少一种，此处n＝2至9。
10.根据权利要求7所述的高温超导线圈，其中所述MIT材料层包括从由Fe3O4、RNiO3(R＝La、Sm、Nd或Pr)、La1-xSrxNiO4、NiS1-xSex和BaVS3组成的组中选择的材料的至少一种，其中R＝La、Sm、Nd或Pr以及此处x<1。
11.根据权利要求1所述的高温超导线圈，其中所述高温超导导线包括超导部分和围绕超导材料的导电外部金属表层，并且
所述MIT材料层插入在相邻堆叠的所述高温超导导线的外部金属表层之间。
12.根据权利要求1所述的高温超导线圈，其中在所卷绕导线的长度方向上连续地插入所述MIT材料层。
13.根据权利要求1所述的高温超导线圈，其中在所卷绕导线的长度方向上间断地插入所述MIT材料层。
14.一种高温超导导线，其包括：
在长度方向上延伸的超导部分和围绕所述超导部分的导电外部金属表层；以及
金属-绝缘体转变材料层，即MIT材料层，涂覆在所述导电外部金属表层的上表面或下表面的至少一部分上并且在所述超导部分的延伸方向上延伸。
15.根据权利要求14所述的高温超导导线，其中所述导电外部金属表层包括形成有所述超导部分的金属衬底和保护所述超导部分的金属层。
16.根据权利要求15所述的高温超导导线，其中所述导电外部金属表层包括围绕所述超导部分的金属层。
17.根据权利要求14所述的高温超导导线，其中所述MIT材料层间断地延伸。
18.根据权利要求14所述的高温超导导线，其中所述MIT材料层包括钒氧化物。
19.根据权利要求18所述的高温超导导线，其中所述MIT材料层包括从由VO和VnO2n-1组成的组中选择的材料的至少一种，此处n＝2至9。
20.根据权利要求14所述的高温超导导线，其中所述MIT材料层包括支撑体和支撑在所述支撑体上的金属-绝缘体转变材料。
21.根据权利要求20所述的高温超导导线，其中所述支撑体具有网格结构。
22.根据权利要求14所述的高温超导导线，其中所述MIT材料层包括：
MIT材料粉末；以及
粘合所述MIT材料粉末的粘合剂。
23.根据权利要求14所述的高温超导导线，其进一步包括：
所述MIT材料层上的导电保护层。
24.根据权利要求23所述的高温超导导线，其中在等于或低于所述超导部分的临界温度的温度下，所述导电保护层与所述导电外部金属表层电绝缘。
25.根据权利要求23所述的高温超导导线，其中所述导电保护层为金属材料。
26.根据权利要求23所述的高温超导导线，其中所述MIT材料层围绕所述导电外部金属表层的至少一部分。
27.根据权利要求23所述的高温超导导线，其中所述MIT材料层形成在所述超导部分的上表面上并且在所述超导部分的延伸方向上延伸。
28.根据权利要求27所述的高温超导导线，其中所述MIT材料层与所述超导部分的上表面接触。
29.一种制造高温超导导线的方法，所述方法包括：
提供高温超导导线，所述高温超导导线包括超导部分和导电外部金属表层，所述超导部分具有预定宽度并且在长度方向上延伸，以及所述导电外部金属表层围绕所述超导部分；并且
向所述超导导线的所述外部金属表层的上表面或下表面的至少一部分提供金属-绝缘体转变材料层，即MIT材料层。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述MIT材料层的提供包括：
提供其中分散有MIT材料的溶液；并且
将所述溶液施加到所述外部金属表层的上表面或下表面的至少部分上。
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