CN115474424B - 一种用于低温环境下的磁屏蔽装置及屏蔽方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于低温环境下的磁屏蔽装置及屏蔽方法，所述的用于低温环境下的磁屏蔽装置包括屏蔽主体，所述屏蔽主体包括依次嵌套设置的至少两个磁屏蔽单元，所述磁屏蔽单元包括金属壳体，以及依次套设于所述金属壳体外表面的超导层与高磁导率材料层，相邻两个所述磁屏蔽单元的超导层的超导临界温度互不相同。本发明提升了磁屏蔽的效果，确保能够在低温甚至于超低温环境下的使用，具有良好的导热性。

Description

一种用于低温环境下的磁屏蔽装置及屏蔽方法

技术领域

本发明属于屏蔽技术领域，涉及一种用于低温环境下的磁屏蔽装置及屏蔽方法。

背景技术

目前，极弱磁场是精密磁性测量和部分器件（例如超导比特）正常运行的必要环境条件，为了防止外界杂散磁场对于器件、系统的干扰，通常需要在器件或系统外部加上一层磁屏蔽装置，常用的磁屏蔽方法包括：

（1）利用铁磁性材料的低阻抗和高磁导率特性，对外界磁场起到磁通分路的作用，使敏感器件周围的磁力线集中到屏蔽材料中，以使得屏蔽体内的磁场大大减弱，进而实现磁屏蔽作用。高磁导率材料在实际应用中较多，装配简单，易操作，且价格便宜。但其屏蔽效果与材料的厚度密切相关，为了得到较好的屏蔽效果，采用增加材料厚度的方式，增加了成本，还提高了装配的复杂性。

（2）利用超导体的迈斯纳效应来进行磁屏蔽，超导体装配简单，但成本高，质量大，且屏蔽容易受到外界高磁场干扰而失效。

由于低温环境需要外部机器的支持，对于磁屏蔽装置的大小和质量有一定的限制，因此，对于在低温甚至极低温环境下使用的磁屏蔽装置，其高昂的成本、大质量、易失效等问题成为了目前磁屏蔽装置急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于低温环境下的磁屏蔽装置及屏蔽方法，提升了磁屏蔽的效果，确保能够在低温甚至于超低温环境下的使用，具有良好的导热性，同时，降低了磁屏蔽的成本，提高实际操作中的便捷性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种用于低温环境下的磁屏蔽装置，所述的用于低温环境下的磁屏蔽装置包括屏蔽主体，所述屏蔽主体包括依次嵌套设置的至少两个磁屏蔽单元，所述磁屏蔽单元包括金属壳体，以及依次套设于所述金属壳体外表面的超导层与高磁导率材料层，相邻两个所述磁屏蔽单元的超导层的超导临界温度互不相同。

本发明提供的用于低温环境下的磁屏蔽装置，确保能够在低温甚至于超低温环境下的使用，具有良好的导热性；具有设计多样性，质量轻，降低了磁屏蔽的成本，同时提高了实际操作中的便捷性。

本发明提供的屏蔽主体由依次嵌套的至少两个磁屏蔽单元的组成，且每个磁屏蔽单元均包括依次设置的金属壳体、超导层与高磁导率材料层。其中，金属壳体主要起到导热作用；超导层通过迈斯纳效应来进行磁屏蔽，即将磁力线向外排斥，使其内部达到磁屏蔽效果；设置于最外侧的高磁导率材料层，采用具有高磁导率的材料，能够将周围的磁力线集中于屏蔽主体内，降低周围空间的磁密度，达到磁磁屏蔽的目的。

需要说明的是，本发明中相邻两个所述磁屏蔽单元的超导层的超导临界温度互不相同，可以由靠近待测样本的最内层向外层依次降低，或由靠近待测样本的最内层向外层依次提高，有利于实现不同温度下超导屏蔽作用，提升磁屏蔽效果。

还需要说明的是，超导层的屏蔽系数随着外部弱磁场强度降低而增加，即外部弱磁场环境下超导层的磁屏蔽性能更好。磁屏蔽单元中的高磁导率材料层同样能够降低超导层所处的外部磁场强度。随着温度的降低，位于外层的屏蔽单元的超导层首先转变成超导体，与外层屏蔽单元的高磁导率材料层共同增强了磁屏蔽效果，降低了内层的磁屏蔽单元的外部磁场强度，增加了内层磁屏蔽单元中超导层的屏蔽系数，整体提高了内层的磁屏蔽单元的屏蔽性能，达到减弱内部磁场的效果。

作为本发明一个优选技术方案，所述金属壳体的材料为铜或铜合金。

作为本发明一个优选技术方案，所述铜为无氧铜。

需要说明的是，本发明中金属壳体采用无氧铜，在低温环境中具有良好的导热性能，有利于低温环境下超导体热量耗散。

作为本发明一个优选技术方案，所述的材料选自铌、二硼化镁、氮化钛，氮化铌，氮化钛铌，钛铌合金，钛、铝、锡、铅、钨、钽、钒、镉、镓、镧、钼、铼、锌、锆或铟中的任一种。

需要说明的是，相邻两个磁屏蔽单元的超导层的超导临界温度互不相同，即任一超导层采用的材料的超导临界温度，不同于（低于或高于）设置在其外一层的磁屏蔽单元的超导层采用的材料的超导临界温度。其中，钛、铝、锡、铅和铟等超导体的超导临界温度，要低于铌，二硼化镁，氮化钛，氮化铌，氮化钛铌等材料的超导临界温度，可根据实际情况调整。示例性地，当屏蔽主体为两个依次嵌套的磁屏蔽单元时，内侧的磁屏蔽单元的超导层的材料可选择钛或铝，而外侧的磁屏蔽单元的超导层的材料可选择锡，铅，铟，铌，氮化钛铌或二硼化镁等。

作为本发明一个优选技术方案，所述高磁导率材料层的材料选自铜、钴、金、镍、铁、钛、锌或铝的单质，或铜、钴、金、镍、铁、钛、锌或铝中至少两种的合金。其中，典型但非限制的组合包括镍铁合金、铁钴合金和铁铝合金。

作为本发明一个优选技术方案，所述高磁导率材料层的相对磁导率大于100。

作为本发明一个优选技术方案，所述超导层贴合设置于所述金属壳体的外表面。

作为本发明一个优选技术方案，相邻的两层磁屏蔽单元之间具有第一间隙；

所述超导层与所述高磁导率材料层之间具有第二间隙。

作为本发明一个优选技术方案，所述第一间隙的宽度为0~20mm，例如可以是0mm、0.1mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、5.0mm、10.0mm、12.0mm、15.0mm、18.0mm或20.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述第二间隙的宽度为0~20mm，例如可以是0mm、0.1mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、5.0mm、10.0mm、12.0mm、15.0mm、18.0mm或20.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

需要说明的是，本发明中的第一间隙为0是指相邻的两层磁屏蔽单元之间贴合设置，即没有间隙，当第一间隙大于0（即留有一定间隙）时，有利于实现多次屏蔽，提升屏蔽效果。本发明中的第二间隙为0是指超导层与高磁导率材料层之间贴合设置，即没有间隙，当第二间隙大于0（即留有一定间隙）时，有利于多层屏蔽，提升屏蔽效果。

本发明中所述金属壳体为圆柱体或正方体结构，所述金属壳体的一端为敞口端，本领域技术人员可根据实际情况设计为所需形状。

需要说明的是，本发明中的屏蔽主体可以为一体成型的闭合结构，也可以为分体结构。当采用分体结构时，屏蔽主体具有敞口时，其敞口端还设置有屏蔽上盖，形成闭合状态。且所述屏蔽上盖包括依次设置的至少两层磁屏蔽单元，并与屏蔽主体一一对应，磁屏蔽单元包括依次层叠的金属壳体（或基板）、超导层与高磁导率材料层。即，屏蔽主体中依次嵌套的屏蔽单元的数量，与屏蔽上盖中依次层叠的屏蔽单元的数量相同，同时，由内到外，每一层的金属壳体、超导层与高磁导率材料层均采用相同的材料。

还需要说明的是，本领域技术人员可根据实际情况，将屏蔽上盖设计为具有挂耳或裙边结构，扣合在屏蔽主体上方，或将屏蔽上盖设计为平板结构，即不设置挂耳或裙边，直接盖合在屏蔽主体上方，形成闭合状态。

第二方面，本发明提供了一种屏蔽方法，所述屏蔽方法采用第一方面所述的用于低温环境下的磁屏蔽装置进行屏蔽，所述屏蔽方法包括：

提供屏蔽主体，所述屏蔽主体包括依次嵌套的至少两个磁屏蔽单元，所述磁屏蔽单元包括金属壳体，以及依次套设于所述金属壳体外表面的超导层与高磁导率材料层；

将待测样本置于内层的金属壳体内，并对所述屏蔽主体进行降温，将所述屏蔽主体的超导层处于超导状态；

利用所述屏蔽主体屏蔽外部磁场。

本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的一种用于低温环境下的磁屏蔽装置及屏蔽方法，具有更好的热连接性能，提升了磁屏蔽的效果；磁屏蔽装置在低温甚至于超低温环境下的使用，具有良好的导热性。本发明具有设计的多样性，可以根据实际需求设计成各种形状，能够降低磁屏蔽的成本，提高实际操作中的便捷性。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的用于低温环境下的磁屏蔽装置的结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的用于低温环境下的磁屏蔽装置的结构示意图；

图3为本发明实施例3提供的用于低温环境下的磁屏蔽装置的结构示意图。

其中，1-屏蔽主体；2-屏蔽上盖；3-金属壳体；4-超导层；5-高磁导率材料层。

具体实施方式

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在一个具体实施方式中，本发明提供了一种用于低温环境下的磁屏蔽装置，所述的用于低温环境下的磁屏蔽装置包括屏蔽主体1，所述屏蔽主体1包括依次嵌套设置的至少两个磁屏蔽单元，所述磁屏蔽单元包括金属壳体3，以及依次套设于所述金属壳体3外表面的超导层4与高磁导率材料层5，相邻两个所述磁屏蔽单元的超导层4的超导临界温度互不相同。

本发明提供的屏蔽主体1由依次嵌套的至少两个磁屏蔽单元组成，且每个磁屏蔽单元均包括依次设置的金属壳体3、超导层4与铁磁层。其中，金属壳体3起到导热作用；超导层4通过迈斯纳效应来进行磁屏蔽，即将磁力线向外排斥，使其内部达到磁屏蔽效果；设置于最外侧的高磁导率材料层5采用高磁导率材料层5，能够将周围的磁力线集中于屏蔽主体1内，降低周围空间的磁密度，达到磁屏蔽的目的。超导层4的屏蔽系数随着外部弱磁场强度降低而增加，即外部弱磁场环境下超导层4的磁屏蔽性能更好。磁屏蔽单元中的高磁导率材料层5同样能够降低超导层4所处的外部磁场强度。随着温度的降低，位于外层的屏蔽单元的超导层4首先转变成超导体，与外层屏蔽单元的高磁导率材料层5共同增强了磁屏蔽效果，降低了内层的磁屏蔽单元的外部磁场强度，增加了内层磁屏蔽单元中超导层4的屏蔽系数，整体提高了内层的磁屏蔽单元的屏蔽性能，达到减弱内部磁场的效果。

本发明中相邻两个所述磁屏蔽单元的超导层4的超导临界温度互不相同，可以由靠近待测样本的最内层向外层依次降低，或由靠近待测样本的最内层向外层依次提高，有利于实现不同温度下超导屏蔽作用，提升磁屏蔽效果。

在一些实施方式中，所述金属壳体3的材料为铜或铜合金。

在一些实施方式中，所述铜为无氧铜，在低温环境中具有良好的导热性能，有利于低温环境下超导体热量耗散。

在一些实施方式中，所述超导层4的材料选自铌、二硼化镁、氮化钛，氮化铌，氮化钛铌，钛铌合金，钛、铝、锡、铅、钨、钽、钒、镉、镓、镧、钼、铼、锌、锆或铟中的任一种。

本发明中相邻两个磁屏蔽单元的超导层4的超导临界温度互不相同，即任一超导层4采用的材料的超导临界温度，不同于（低于或高于）设置在其外一层的磁屏蔽单元的超导层4采用的材料的超导临界温度。其中，钛、铝、锡、铅和铟等超导体的超导临界温度，要低于铌，二硼化镁，氮化钛，氮化铌，氮化钛铌等材料的超导临界温度，可根据实际情况调整。

示例性地，当屏蔽主体1为两个依次嵌套的磁屏蔽单元时，相邻两个磁屏蔽单元的超导层4由内到外依次提高，内侧的磁屏蔽单元的超导层4的材料可选择钛、铝、锡、铅或铟，外侧的磁屏蔽单元的超导层4的材料可选择铌或二硼化镁。

在一些实施方式中，所述高磁导率材料层5的材料选自铜、钴、金、镍、铁、钛、锌或铝的单质，或铜、钴、金、镍、铁、钛、锌或铝中至少两种的合金。

在一些实施方式中，所述高磁导率材料层5的相对磁导率大于100。

示例性地，常用的铁磁层材料包括：Mumetal（镍铁合金）或Croyperm（高磁导率镍铁合金）。在常温下Mumetal的相对磁导率为80000，Croyperm的相对磁导率为50000，而在低温环境下，Mumetal的相对磁导率为20000，Croyperm的相对磁导率为100000。

在一些实施方式中，所述超导层4贴合设置于所述金属壳体3的外表面。

在一些实施方式中，相邻的两层磁屏蔽单元之间具有第一间隙。所述超导层4与所述高磁导率材料层5之间具有第二间隙。

在一些实施方式中，所述第一间隙的宽度为0~20mm，所述第二间隙的宽度为0~20mm。

本发明中相邻的两个磁屏蔽单元之间可贴合设置，也可以留有一定的间隙，当留有一定空间时，有利于实现多次屏蔽，提升屏蔽效果。本发明中可采用焊接、镀膜或粉末熔融等方式，将超导层4贴合设置于金属壳体3的表面。另外，超导层4与高磁导率材料层5之间可贴合设置，也可以留有一定间隙，当留有一定空间时，有利于多层屏蔽，提升屏蔽效果。

在一些实施方式中，所述金属壳体3为圆柱体或正方体结构。本发明中的屏蔽主体1可以为一体成型的闭合结构，也可以为分体结构。当采用分体结构时，屏蔽主体1具有敞口时，其敞口端还设置有屏蔽上盖2，形成闭合状态。本发明具有设计多样性，质量轻，可根据实际需求，将金属壳体3设计为圆柱体或正方体结构。

在一些实施方式中，当屏蔽主体1为分体结构时，屏蔽主体1具有敞口，其敞口端还设置有屏蔽上盖2，形成闭合状态。所述屏蔽上盖2包括依次设置的至少两层磁屏蔽单元，所述屏蔽上盖2的磁屏蔽单元包括依次层叠的金属壳体3（或基板）、超导层4与高磁导率材料层5，并与屏蔽主体1一一对应。即，屏蔽主体1中依次嵌套的屏蔽单元的数量，与屏蔽上盖2中依次层叠的屏蔽单元的数量相同，同时，由内到外，每一层屏蔽单元的金属壳体3、超导层4与高磁导率材料层5均采用与屏蔽主体1相同的材料。

本发明中的将屏蔽上盖2可以设计为具有挂耳或裙边结构，扣合在屏蔽主体1上方，或将屏蔽上盖2设计为平板结构，即不设置挂耳或裙边，直接盖合在屏蔽主体1上方，形成闭合状态。

在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种屏蔽方法，所述屏蔽方法采用一个具体实施方式所述的用于低温环境下的磁屏蔽装置进行屏蔽，所述屏蔽方法包括：

提供屏蔽主体1，所述屏蔽主体1包括依次嵌套的至少两个磁屏蔽单元，所述磁屏蔽单元包括金属壳体3，以及依次套设于所述金属壳体3外表面的超导层4与高磁导率材料层5；

将待测样本置于内层的金属壳体3内，并对所述屏蔽主体1进行降温，将所述屏蔽主体1的超导层4处于超导状态；

利用所述屏蔽主体1屏蔽外部磁场。

实施例1

本实施例提供了一种用于低温环境下的磁屏蔽装置，包括屏蔽主体1，如图1所示，屏蔽主体1为敞口结构，其敞口端设置有屏蔽上盖2，屏蔽上盖2盖合在屏蔽主体1的上方，形成闭合结构。屏蔽主体1包括依次嵌套的两个磁屏蔽单元，由内到外分别记为第一层磁屏蔽单元与第二层磁屏蔽单元。第一层磁屏蔽单元与第二层磁屏蔽单元分别包括金属壳体3，以及依次套设于金属壳体3外表面的超导层4与高磁导率材料层5。

第一层磁屏蔽单元的金属壳体3的材质为无氧铜（纯度大于99.95%），超导层4的材质为钛，高磁导率材料层5为镍铁合金。第二层磁屏蔽单元的金属壳体3的材质为无氧铜（纯度大于99.95%），超导层4的材质为铌，高磁导率材料层5为镍铁合金。其中，第一层磁屏蔽单元的超导层4的超导临界温度低于第二层磁屏蔽单元的超导层4的超导临界温度。

第一层磁屏蔽单元与第二层磁屏蔽单元的金属壳体3均为圆柱体结构，第一层磁屏蔽单元与第二层磁屏蔽单元之间具有0.8mm的间隙。第一层磁屏蔽单元与第二层磁屏蔽单元的超导层4均贴合设置于金属壳体3的外表面，超导层4与高磁导率材料层5之间留有0.8mm的间隙。

屏蔽上盖2包括由下至上依次层叠设置的两层磁屏蔽单元，分别记为上层屏蔽单元与下层屏蔽单元，上层屏蔽单元与下层屏蔽单元分别包括依次层叠的金属基板6、超导层4与高磁导率材料层5，金属基板6为水平板结构。

上层屏蔽单元的金属基板6的材质为无氧铜（纯度大于99.95%），超导层4的材质为钛，高磁导率材料层5为镍铁合金。下层屏蔽单元的金属基板6的材质为无氧铜（纯度大于99.95%），超导层4的材质为铌，高磁导率材料层5为镍铁合金。

采用本实施例提供的用于低温环境下的磁屏蔽装置进行屏蔽的方法如下所述：

将待测样本置于屏蔽主体1的第一层磁屏蔽单元的金属壳体3内，在屏蔽主体1的上方扣合屏蔽上盖2，形成闭合状态；

对屏蔽主体1与屏蔽上盖2整体进行降温，将屏蔽主体1的每一层的超导层4处于超导状态，将屏蔽上盖2的每一层的超导层4处于超导状态；

利用屏蔽主体1与屏蔽上盖2屏蔽外部磁场。

本实施例中两层的屏蔽单元的超导层4的超导临界温度逐渐增加，外层屏蔽单元的高磁导率材料层5与超导层4共同增强了磁屏蔽效果，降低了内层的磁屏蔽单元的外部磁场强度，增加了内层磁屏蔽单元中超导层4的屏蔽系数，整体提高了内层的磁屏蔽单元的屏蔽性能，达到减弱内部磁场的效果，有效提到了整体屏蔽效果。

实施例2

本实施例提供了一种用于低温环境下的磁屏蔽装置，与实施例1的区别在于：如图2所示，屏蔽主体1为一体成型的闭合结构，其余工艺参数与实施例1相同。

实施例3

本实施例提供了一种用于低温环境下的磁屏蔽装置，与实施例1的区别在于：如图3所示，屏蔽上盖2与屏蔽主体1的结构相同，屏蔽上盖2与屏蔽主体1相互扣合形成闭合，其余工艺参数与实施例1相同。

实施例4

本实施例提供了一种用于低温环境下的磁屏蔽装置，与实施例1的区别在于：（1）屏蔽主体1中的第一层磁屏蔽单元的超导层4的材质为铟，第二层磁屏蔽单元的超导层4的材质为二硼化镁；

（2）屏蔽上盖2中的上层屏蔽单元的超导层4的材质为铟，下层层屏蔽单元的超导层4的材质为二硼化镁，其余工艺参数与实施例1相同。

实施例5

本实施例提供了一种用于低温环境下的磁屏蔽装置，与实施例1的区别在于：（1）屏蔽主体1中的第一层磁屏蔽单元的超导层4的材质为铝，第二层磁屏蔽单元的超导层4的材质为二硼化镁；

（2）屏蔽上盖2中的上层屏蔽单元的超导层4的材质为铝，下层屏蔽单元的超导层4的材质为二硼化镁，其余工艺参数与实施例1相同。

实施例6

本实施例提供了一种用于低温环境下的磁屏蔽装置，与实施例1的区别在于：（1）屏蔽主体1还包括第三层磁屏蔽单元，嵌套在第二层磁屏蔽单元的外表面，第三层磁屏蔽单元的金属壳体3的材质为无氧铜，超导层4的材质为二硼化镁，高磁导率材料层5为镍铁合金；

（2）屏蔽上盖2还包括第三层屏蔽单元，层叠在下层屏蔽单元的上方，第三层屏蔽单元的金属基板6的材质为无氧铜，超导层4的材质为二硼化镁，第二铁磁层8为镍铁合金，其余工艺参数与实施例1相同。

实施例7

本实施例提供了一种用于低温环境下的磁屏蔽装置，与实施例6的区别在于：（1）屏蔽主体1中的第二层磁屏蔽单元的超导层4的材质为锡；

（2）屏蔽上盖2中的下层屏蔽单元的超导层4的材质为锡，其余工艺参数与实施例6相同。

实施例8

本实施例提供了一种用于低温环境下的磁屏蔽装置，与实施例6的区别在于：（1）屏蔽主体1中的第二层磁屏蔽单元的超导层4的材质为钛；

（2）屏蔽上盖2中的下层屏蔽单元的超导层4的材质为钛，其余工艺参数与实施例6相同。

随着磁屏蔽单元层数的增加，磁屏蔽装置的屏蔽效果相应增强，因此，实施例6~8的磁屏蔽装置的电磁屏蔽效能要高于实施例1。

实施例9

本实施例提供了一种用于低温环境下的磁屏蔽装置，与实施例1的区别在于：屏蔽主体1的两个磁屏蔽单元的金属壳体3均采用金属铜，屏蔽上盖2的两层屏蔽单元的金属基板6均采用铜锌合金，其余工艺参数与实施例1相同。

相比于实施例1中采用无氧铜作为金属壳体3与金属基板6的材料，本实施例采用的铜锌合金的导热性能会降低，但是铜锌合金的机械性能优于无氧铜，耐用性更好，有利于支持更大质量的测试样品。

实施例10

本实施例提供了一种用于低温环境下的磁屏蔽装置，与实施例1的区别在于：第一层磁屏蔽单元与第二层磁屏蔽单元之间贴合设置，未预留间隙，其余工艺参数与实施例1相同。

本实施例中第一层磁屏蔽单元与第二层磁屏蔽单元是贴合设置的，相比于实施例1中留有一定空隙的情况，本实施例不利于磁屏蔽过程中的热量传导耗散。

实施例11

本实施例提供了一种用于低温环境下的磁屏蔽装置，与实施例1的区别在于：第一层磁屏蔽单元的超导层4与高磁导率材料层5之间贴合设置，未预留间隙，同时，第二层磁屏蔽单元的超导层4与高磁导率材料层5之间贴合设置，未预留间隙，其余工艺参数与实施例1相同。

本实施例每一层的磁屏蔽单元的超导层4与高磁导率材料层5之间均贴合设置，而实施例1中则是留有间隙，其更有利于热量传导耗散，有利于对温度敏感的实验测量。

实施例12

本实施例提供了一种用于低温环境下的磁屏蔽装置，与实施例1的区别在于：屏蔽主体1的金属壳体3为正方体结构，其余工艺参数与实施例1相同。

本发明实施例1~12中的用于低温环境下的磁屏蔽装置，具有较高的电磁屏蔽能力，在低温环境下依旧能够保持较高的导热性能，有效提升了磁屏蔽效果。

对比例1

本对比例提供了一种磁屏蔽装置，包括屏蔽主体1与屏蔽上盖2，其中，屏蔽主体1为单层镍铁合金层，镍铁合金层与实施例1中第一层磁屏蔽单元的高磁导率材料层5相同。屏蔽上盖2为单层镍铁合金层，镍铁合金层与实施例1中上层屏蔽单元的高磁导率材料层5相同。

本对比例采用的是单层镍铁合金层，相比于实施例1的磁屏蔽装置中还包括无氧铜材质的金属壳体3，以及超导层4，本对比例的磁屏蔽效能与导热性能均会下降。主要是由于，实施例1无氧铜材质的金属壳体3具有较高的导热率，有利于低温环境下超导体热量耗散，超导层4则是通过迈斯纳效应来进行磁屏蔽，有效提高了屏蔽效果。

对比例2

本对比例提供了一种磁屏蔽装置，包括屏蔽主体1与屏蔽上盖2，其中，屏蔽主体1包括依次嵌套的两层镍铁合金，该镍铁合金层与实施例1中第一层磁屏蔽单元的高磁导率材料层5相同。屏蔽上盖2为依次层叠的两层镍铁合金，镍铁合金层与实施例1中上层屏蔽单元的高磁导率材料层5相同。

本对比例采用的是双层镍铁合金层，由于屏蔽层数的增加，其屏蔽效果会优于对比例1。然而，相比于实施例1，本对比例的磁屏蔽单元同样不包括无氧铜材质的金属壳体3与超导层4，使得其导热性能较差，无法通过迈斯纳效应来进行磁屏蔽，降低了屏蔽效果。

对比例3

本对比例提供了一种磁屏蔽装置，包括屏蔽主体1与屏蔽上盖2，其中，屏蔽主体1为单层超导层4，该单层超导层4与实施例1中第一层磁屏蔽单元的超导层4相同。屏蔽上盖2为单层超导层4，该超导层4与实施例1中上层屏蔽单元的超导层4相同。

本对比例的磁屏蔽装置采用的是单层超导体层，并未设置金属壳体3与铁磁层，相比于实施例1，其导热性能较差，不利于低温环境下超导体热量耗散，同时，无效地周围的磁力线集中于屏蔽主体1内，降低周围空间的磁密度，使得磁屏蔽效果变差。

对比例4

本对比例提供了一种磁屏蔽装置，与实施例1的区别在于：屏蔽主体1未设置第二层磁屏蔽单元，屏蔽上盖2未设置下层屏蔽单元，其余工艺参数与实施例1相同。

本对比例的屏蔽主体1仅采用了一层的磁屏蔽单元，屏蔽上盖2同样只包括一层的屏蔽单元。一方面，由于屏蔽单元层数的减少，使其屏蔽效果会低于实施例1。另一方面，由于实施例1中两层的磁屏蔽单元的超导层4的超导临界温度逐渐增加，能够降低了内层的磁屏蔽单元的外部磁场强度，达到减弱内部磁场的效果，有效提到了整体屏蔽效果。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (7)

1.一种用于低温环境下的磁屏蔽装置，其特征在于，所述的用于低温环境下的磁屏蔽装置包括屏蔽主体，所述屏蔽主体包括依次嵌套设置的至少两个磁屏蔽单元，所述磁屏蔽单元包括金属壳体，以及依次套设于所述金属壳体外表面的超导层与高磁导率材料层，相邻两个所述磁屏蔽单元的超导层的超导临界温度互不相同，所述超导层的超导临界温度由靠近待测样本的最内层向外层依次增加；

所述屏蔽主体具有敞口，其敞口端设置有屏蔽上盖，形成闭合状态；所述屏蔽上盖包括依次设置的至少两层磁屏蔽单元，并与屏蔽主体一一对应，磁屏蔽单元包括依次层叠的金属壳体或基板、超导层与高磁导率材料层；所述屏蔽主体中依次嵌套的屏蔽单元的数量，与所述屏蔽上盖中依次层叠的屏蔽单元的数量相同；由内到外，所述屏蔽上盖每一层的所述金属壳体、超导层与高磁导率材料层均采用与所述屏蔽主体相同的材料；

所述金属壳体的材料为无氧铜，所述超导层的材料选自铌、二硼化镁、氮化钛、氮化铌、氮化钛铌、钛铌合金、钛、铝、锡、铅、钨、钽、钒、镉、镓、镧、钼、铼、锌、锆或铟中的任一种。

2.根据权利要求1所述的用于低温环境下的磁屏蔽装置，其特征在于，所述高磁导率材料层的材料选自铜、钴、金、镍、铁、钛、锌或铝的单质，或铜、钴、金、镍、铁、钛、锌、铝中至少两种的合金。

3.根据权利要求1所述的用于低温环境下的磁屏蔽装置，其特征在于，所述高磁导率材料层的相对磁导率大于100。

4.根据权利要求1所述的用于低温环境下的磁屏蔽装置，其特征在于，所述超导层贴合设置于所述金属壳体的外表面。

5.根据权利要求1所述的用于低温环境下的磁屏蔽装置，其特征在于，相邻的两层磁屏蔽单元之间具有第一间隙；

所述超导层与所述高磁导率材料层之间具有第二间隙。

6.根据权利要求5所述的用于低温环境下的磁屏蔽装置，其特征在于，所述第一间隙的宽度为0~20mm；

所述第二间隙的宽度为0~20mm。

7.一种屏蔽方法，其特征在于，所述屏蔽方法采用权利要求1-6任一项所述的用于低温环境下的磁屏蔽装置进行屏蔽，所述屏蔽方法包括：

提供屏蔽主体，所述屏蔽主体包括依次嵌套的至少两个磁屏蔽单元，所述磁屏蔽单元包括金属壳体，以及依次套设于所述金属壳体外表面的超导层与高磁导率材料层；

将待测样本置于内层的金属壳体内，并对所述屏蔽主体进行降温，将所述屏蔽主体的超导层处于超导状态；

利用所述屏蔽主体屏蔽外部磁场。