具有降低的AC损耗的多细丝超导体及其形成方法

关于联邦资助的研究或开发的陈述

不适用。

技术领域

本公开总的来说涉及高温超导体（HTS），更具体来说涉及多细 丝AC耐受性超导体及其形成方法。

背景技术

高温超导体（HTS）有效传输、产生、转变、使用和储存电能的 潜力是公认的。特别是，更有效的电力系统依赖于更有效的导线技术。 过去的进展允许将易碎的HTS材料成形为长度以千米计的导线，其能 够传输与相同物理尺寸的常规铜和铝导体相比约200倍的电流。HTS 材料的最新研究为这样的材料在电力工业中经济上可行的应用，包括 应用于电力产生、传输、分配和储存，提供了可能性。HTS装置在电 力工业中的使用将导致与传统技术相比，电力设备的尺寸（即占地面 积）显著减小，对环境的影响减少，更高的安全性和增加的容量。

以前已探索了两代HTS导线材料。第一代（在后文中称为“1G”） HTS导线包括使用通常包埋在贵金属（例如Ag）基质中的BSCCO高 T_c超导体。非限制性地，1G导线由热-机械方法制造，其中将超导粉 末装填在银坯条中，将其拉制、滚轧并热处理以形成导线。1G导线的 缺点是高的材料成本（例如Ag）、精细的加工操作以及在高温下在高 磁场中一般不良的临界电流性能，所述缺点限制了导线的长度。

第二代（在后文中称为“2G”）HTS导线加工包括在镍合金导带 上膜沉积多层堆叠体。为了获得高的临界电流即超导体的最大电流， 将超导膜在氧化物缓冲层上以类似单晶的形式外延生长，所述缓冲层 甚至当沉积在多晶金属基片上时也提供类似单晶的模板。在某些情况 下，2G HTS导带利用YBCO涂布的导体。

最近，HTS工业的焦点是增加电流运载能力、导线生产通量和降 低制造成本。目的是制造可用于电力工业以建造用于电网的器件例如 传输电缆和变压器的商业上可行的高性能HTS导线。最新的原型器已 证实了HTS导线在电力应用中的极大潜力，但是也显示出对它们的广 泛实施造成威胁的缺陷。

尽管超导体对DC电流具有零电阻，但涂层导体的体系结构尚未 被优化用于AC应用，例如发动机、发电机和变压器。超导体中的滞 后损耗是AC损耗中的主要组分，并且随着细丝的宽度成反比放大。 具体来说，HTS导线的宽度厚度比高，这导致HTS涂布的导体表现出 非常高的滞后损耗。损耗的量值也随着AC电场振幅和频率而变，因 此在不同应用中不同。在60Hz下100mT的垂直电场中，典型的具有 铜稳定剂的2G HTS导线中的AC损耗在10km上可以高达100kW。

HTS导线中滞后损耗的显著降低，是它们在AC电力应用例如变 压器、发电机和发动机中使用的先决条件。在实践中，AC损耗引起制 冷负荷增加并对电力系统施加了风险。为了减少这些风险，必须使用 较高冷却能力或过多的冷却设备，这极大增加了系统总成本并明显阻 碍了这种不成熟技术的采用。由于这些原因，开发商业上可行的高性 能AC耐受性HTS导线将是改变性解决方案，其将开辟超导产品在电 力系统中的应用。

已知如果将超导层分成由非超导性阻抗隔板隔开的许多细丝状超 导结构，可以降低滞后损耗。因此，为了将AC滞后损耗降至最低， 理想的是将导带的运载电流的HTS层细分成细长的直线条带或细丝， 从而形成多细丝导体。尽管已显示这些多细丝导体极大降低滞后损耗， 但在这些HTS导线完全商业化之前仍存在大量工程和制造挑战，因为 将多细丝2G HTS导线规模放大到工业化制造充满大量障碍。

制造低AC损耗2G HTS导线的方法是通过首先沉积超导层，然 后蚀刻所述超导层（通过物理或化学技术）以产生条纹或连续细丝， 从而将超导和绝缘材料细分成多个细丝。蚀刻剂的使用不可避免地引 起超导材料的损伤，例如边缘起伏、淘蚀和细丝断裂。当细丝之间的 间隙狭窄时，细丝损伤变得更加显著。更具体来说，细丝损伤极大降 低了HTS导线运载电流的能力。此外，如果对蚀刻方法进行改良以避 免细丝损伤，可能在细丝之间留下桥接或其他不完全的隔离，引起细 丝耦合并使AC损耗降低无效。事实上，在蚀刻后残留在间隙中的任 何超导体残留物都可能引起细丝耦合。如果将间隙加宽以避开这些问 题，将会移除更多超导材料，其极大降低导线的电流运载能力。即使 在短长度例如米级长度下，这些多细丝2G HTS导线也含有本文所述 的缺陷。因此，生产千米级长度、具有从一端到另一端延伸的连续超 导平行线细丝的2G HTS导线，为在电力系统中大规模使用HTS导线 提出了技术障碍。

同样，尚不存在通过无蚀刻方法生产多细丝HTS层以制造AC耐 受性HTS导线的商业上可行的方法。已经提出了一些无蚀刻技术，例 如在超导体生长之前在基片上产生划痕（美国专利申请公开号 2007/0191202，授予Foltyn等），或超导细丝的喷墨印刷（R.C. Duckworth,M.P.Paranthaman,M.S.Bhuiyan,F.A.List和M.J.Gouge， IEEE Trans.Appl.Supercond.17,3159(2007)），或超导材料的滴加沉 积（美国专利申请公开号2006/0040829，授予Rupich等）。然而，这 些技术导致细丝的无意耦合，引起不佳且不一致的AC损耗降低，并 且产生的导带甚至不能在米级长度中使用，更不用说千米级。这突出 说明，对于生产多细丝HTS导线来说，除了提供高度精确性和控制之 外，任何无蚀刻技术必须与当前制造HTS导体的技术相容，并且控制 HTS导带中的通量和电流分布也是必不可少的。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供了一种高温超导体结构，其包含： 其上沉积有至少一个缓冲层的基片，所述基片具有一定长度和宽度， 其中所述长度为至少约100m，并且基片具有不小于约10³的尺寸比； 所述至少一个缓冲层上的超导体层，所述超导体层包含超导体材料， 其形成至少两个基本上平行并沿着所述基片的长度连续延伸的超导体 细丝；其中所述至少两个超导体细丝由具有彼此相对的第一表面和第 二表面的至少一个绝缘条带隔开，所述第一表面覆盖所述缓冲层，所 述第二表面基本上不含所述超导体材料；其中所述至少一个绝缘条带 沿着所述基片的长度连续延伸，并包含电阻率高于约1mΩcm的绝缘 材料。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于生产高温超导体结构的 方法，所述方法包括下列步骤：提供包含基片和至少一个缓冲层的缓 冲后基片；在所述缓冲后基片上沉积至少一个绝缘条带，其沿着所述 缓冲后基片的长度连续延伸并包含电阻率高于约1mΩcm的绝缘材料， 使得所述至少一个绝缘条带具有彼此相对的第一表面和第二表面，并 且所述第一表面与所述缓冲后基片相邻；以及将超导材料沉积在所述 缓冲后基片上，以形成包含至少两个超导体细丝的超导层，所述超导 体细丝沿着所述基片的长度连续延伸，由至少一个绝缘条带彼此隔开 并且是基本上平行的，其中所述绝缘条带的所述第二表面基本上不含 所述超导体材料。

附图说明

通过参考附图可以更好地理解本公开。

图1示出了本公开的示例性多细丝HTS结构。

图2示出了本公开的示例性实施方案的横截面图。

图3示出了符合本公开的示例性实施方案的包含交替的超导细丝 和绝缘条带的超导体结构的透视图。

图4A-E是示意图，其显示了根据本公开的一个实施方案，制造 多细丝HTS结构的无蚀刻方法的步骤。

图5示出了步骤流程图，其包含了本文中所述的用于本公开的一 个实施方案的制造方法。

图6A-B示出了根据本公开的一个实施方案，在整个绝缘条带和 相邻超导材料上，涂层材料的差异沉积的照片。

图7A-B示出了用于测试绝缘条带对垂直通过它的电流的阻抗的 本公开的一个实施方案，以及由此产生的阻抗数据。

图8A-B显示了根据本公开的一个实施方案，绝缘材料的微观结 构影响银覆盖层的电沉积。

图9A-B显示了本公开范围之外的材料以及根据本公开的一个实 施方案，绝缘材料的微观结构如何影响银覆盖层的电沉积。

图10显示了根据本公开的一个实施方案，由金属基片上的绝缘条 带和涂布后材料构成的导带的横截面。

在附图的多个部分、不同附图或不同实施方案中，相同参考符号 的使用可以指示与本文中所述相似或一致的项目。参考附图，总的来 说应该理解，图示不是按比例绘制的，并且是出于描述本公开的特定 实施方案的目的，而不打算将本公开的范围仅限于此。

具体实施方式

概述：本公开取消了已被普遍用于制造多细丝2G HTS导线的细 丝蚀刻方法。更具体来说，本公开涉及多细丝HTS涂层导体及其无蚀 刻制造方法。根据本公开的一个实施方案，多细丝AC耐受性超导体 的无蚀刻制造包括在沉积超导材料之前，沉积至少一个绝缘细丝。根 据本公开的另一个实施方案，多细丝AC耐受性超导体的无蚀刻制造 包括在沉积至少一个绝缘细丝之前沉积超导材料，并随后进行热处理。

多细丝HTS：图1示出了符合本公开的示例性实施方案的多细丝 HTS结构。图1中示出的实施方案显示了包含与绝缘条带20交替的超 导细丝91的HTS导体200。在图1中所示的示例性实施方案中，超导 细丝91和绝缘条带20被显示为沿着“导线”或“导带”平行于电流 流动方向300延伸。不受任何特定理论的限制，示例性的HTS导体200 可能在HTS“导线或导带”中用于增加电流运载能力和降低AC阻抗 性损耗。

当在本文中使用时，术语“导线”和“导带”可互换使用，是指 具有使其可用于生产超导器件的属性的HTS导体，所述器件例如电缆、 变压器、发电机或电网，或将电力从一个位置运送到另一个位置并将 电力配送或以其他方式投送到大量位置或装置的其他手段。例如，导 带或导线的宽度一般可能在约0.01cm至约20cm、可选地0.1cm至约 15cm的量级上，并且在某些情况下，导带或导线的宽度可以在约0.4cm 至约10cm之间，导带的长度典型为至少约100m、更典型约500m， 但是甚至可能具有约1km以上量级的长度。术语“带”或“带状”是 指具有不小于约10²量级上的高尺寸比、例如长度宽度比的制品，可 选地，尺寸比不小于约10³。可选地，尺寸比高于约10⁴，并且在其他 情况下，导带或导线制品具有约10⁵以上的尺寸比。当在本文中使用 时，术语“尺寸比”用于表示制品的最长维度与制品的第二长维度的 比率，例如长度宽度比。

此外，制品可以具有厚度，宽度厚度比可以在不小于约10、可选 地不小于约10²的量级上，此外所述比率还可以高于约10³，并且在某 些情况下，导带或导线制品具有约10⁵以上的宽度厚度比。不受理论 的限制，当在本文中使用时，具有大尺寸比（例如高于10²）和大的宽 度厚度比（例如高于约10）的制品可以被认为是“带”或“带状的”。

图2是根据本公开的实施方案，具有多层组成的HTS导体200的 横截面图。图2中还显示了位于超导层90之间，覆盖基片60的表面 61的绝缘条带20。根据本公开，HTS导体200总的来说包括基片60、 覆盖基片60的表面61的至少一个缓冲层50、覆盖至少一个缓冲层50 的表面51的超导层90。超导体层90具有沉积在其上的第一稳定剂层 或覆盖层70。根据本公开的另一种示例情况，可以包含第二稳定剂层 80以覆盖超导体层90，特别是覆盖和接触覆盖层70。在某些情况下， 第二稳定剂层80与覆盖层70直接接触。

如图3中所示，根据本公开，HTS导体200还包括至少一个绝缘 条带20，并且可选地，HTS导体200包含多个绝缘条带20。绝缘条带 20可以是细丝状结构或任何其他结构，其沿着HTS导体200的长度连 续延伸，正如前面讨论过的。绝缘条带20基本上彼此平行并基本上平 行于HTS导体200内的电流流动方向300排列。

至少一个绝缘条带20优选沿着HTS导体200的整个长度延伸。 例如，绝缘条带20的长度可以为至少约100m，可选地为约500m， 并且在某些情况下，绝缘条带20可以具有约1km以上的长度。不受 任何理论的限制，可以理解绝缘条带20将对应于接近HTS导体200 的长度。在可选实施方案中，绝缘条带20短于导体200的长度。绝缘 条带20的宽度典型地在约1微米至约250微米范围内；可选地，绝缘 条带的宽度在约10微米至约200微米之间，并且在某些情况下在约 15微米至约100微米之间。此外，在某些情况下，对绝缘条带20的 宽度进行选择以优化临界电流密度并在同时将AC损耗降至最低。

如图1-3中所示，在示例性实施方案中，将绝缘条带20沉积在至 少一个缓冲层50的表面51上。在某些情况下，绝缘条带20将超导层 90分成多个超导细丝91，从而形成超导细丝阵列。超导细丝91包含 超导材料，并且与绝缘条带20类似，超导细丝91沿着HTS导体200 的长度基本上平行地连续延伸。不受限制地，正如普通专业技术人员 可以理解的，对细丝91的宽度进行选择以优化临界电流密度并在同时 将AC损耗降至最低。

绝缘条带20显示出显著降低的超导性或没有超导性以便隔离超 导细丝91并因此降低AC损耗。在某些情况下，绝缘条带20防止超 导体细丝91的电耦合。至少一个绝缘条带20包含绝缘材料，其对电 流表现出高电阻率以维持非耦合的超导细丝。适合的绝缘材料的实例 包括但不限于：基于镁、锌、铁、钼的材料。在本公开的示例性实施 方案中，绝缘材料具有高于约1毫欧厘米（mΩ-cm）的电阻率。此外， 正如普通专业技术人员所理解的，任何适合于应用的电阻率都在本公 开的范围内，对此没有限制。在某些情况下，绝缘条带20的绝缘材料 可以是在经历超导体膜涂层处理时不形成超导材料的氧化物。在非限 制性实例中，绝缘材料可以包含氧化陶瓷例如氧化镁或另一种适合于 应用的氧化物。在其他实施方案中，绝缘材料可以是非陶瓷材料，其 不具有超导性，是不良导体，并且在经历超导体膜涂层处理时不形成 超导材料。

在本公开的实施方案中，HTS导体200具有某些性能参数。在示 例性实施方案中，HTS导体在77开氏度（K）下在至少10米的长度 上包含至少200A/cm的临界电流。此外，HTS导体200在77K下、 在垂直于所述导体200的表面施加的100mT和60Hz频率的AC磁场 中显示出小于约1W/m的实测AC损耗。

图4A-4E是示意图，显示了用于制造本公开的多细丝AC耐受性 导体的连续步骤。材料和用于沉积它们的方法的非限制性实例在下文 中陈述。参考图4A，HTS导体200如下制造：首先将缓冲剂50沉积 在基片60上以形成缓冲后基片100。尽管这个预备步骤在本文中详细 描述，但是它不打算是限制性的，并且应该理解，可以使用本技术领 域中或普通专业技术人员公知的生产缓冲后基片100的任何方法。此 外，本公开不限于本文所述的缓冲后基片100的特定实施方案。基片 60为HTS导体200提供支撑。基片60可以是金属、多晶陶瓷、合金或 其改良形式，或其组合。在示例性实施方案中，基片60是金属，并且 在某些情况下，基片60是至少两种金属元素的合金，例如但不限于Ni 基金属合金。正如普通专业技术人员可以认识到的，基片材料可以随着 超导制品的目标用途而变，并且对于本公开来说不是关键的。基片60 可以使用任何适合的平移方法、例如但不限于卷到卷平移（reel-to-reel  translation）来制造。

正如上文中公开的，基片60的厚度随着应用而变。然而，基片 60典型地采取带状构造，具有高尺寸比。可以对基片60进行处理以 便具有用于随后沉积HTS导带的组成层的所需表面性质。例如，可以 将表面轻微抛光至所需的平整度和表面粗糙度。此外，可以将基片处 理成双轴织构的。用于形成双轴织构基片的一种示例性方法是RABiTS 方法或轧制辅助双轴织构基片，正如普通专业技术人员所理解的。

将缓冲层50沉积在基片60的表面61上。缓冲层50可以是单层， 或者可选地补充有至少一个其他膜。在某些情况下，缓冲层50包括适 合于后续HTS层的形成的任何双轴织构膜。在某些情况下，缓冲层50 支撑HTS层以具有为优越的超导性质所需的晶体学取向。这样的双轴 织构可以通过离子束辅助沉积（IBAD）来实现，正如本技术领域中所 了解的并在美国专利号6,190,752中所定义和描述的，所述专利在此为 所有目的引为参考。不受任何理论的限制，MgO是用于形成IBAD膜 的材料。在某些实施方案中，包含例如但不限于IBAD膜的缓冲层50， 可以在约50埃至约500埃的量级上，可选地为约50埃至200埃，并 且在其他情况下为约50埃至约100埃。尽管没有具体示出，但缓冲层 50还可以包括其他膜以将基片60与外延膜隔离开，或降低HTS层与 外延膜之间晶格常数的不匹配。在某些情况下，如果基片60包含双轴 织构表面，缓冲层50可以在织构的基片60上外延生长，以便保护缓 冲层50中的双轴织构，对此没有限制。

参考图4B，将绝缘条带20沉积在缓冲后基片100的表面上。根 据本公开，绝缘条带20可以通过通过化学或物理沉积技术经由掩模 110沉积在静止或移动的缓冲后基片100上，或通过印刷技术例如喷 墨印刷、丝网印刷等来沉积。不受理论的限制，绝缘条带20可以是上 文中所述的任何绝缘条带，并可以通过专业人员已知的任何方法来形 成。

在本公开的示例性实施方案中，用于绝缘体条带沉积的一种方法 包括使用掩模110。为了在缓冲后基片100的表面上沉积至少一个绝 缘条带20，当缓冲后基片100在掩模110下方移动时通过掩模110的 开口沉积绝缘材料。优选情况下，掩模110不与缓冲后基片100的表 面相接触，而是与所述表面紧邻。利用例如磁控溅射作为沉积技术将 绝缘材料通过掩模110沉积在沉积区中。使用这种技术，可以在低于 约1毫托的操作压力下沉积绝缘材料。不受任何理论的限制，可以使 用可能的最低操作压力以便为绝缘条带20提供精确锋利的边缘。绝缘 条带通过掩模110的沉积也可以使用普通专业技术人员已知的其他沉 积方法来进行，对此没有限制。

也可以使用下述技术，即：在绝缘材料沉积之前将掩模110物理 附着于缓冲后基片100的表面，随后在绝缘条带20已沉积后进行将掩 模110从表面升起的步骤。此外，在某些情况下，绝缘条带20一般具 有约0.5至约30微米、更典型约2至约20微米、优选约1至约10微 米范围内的厚度，正如前文中所公开的。因此可以理解，图4C显示了 在移除掩模110后带有绝缘条带20的缓冲后基片100。

接下来，如图4D中所示，将材料沉积到缓冲后基片100上以形 成超导体层90。根据本公开，当沉积超导层90时，材料仅涂层在缓 冲后基片100的表面51暴露的表面上。涂层绝缘条带20的材料具有 高电阻率，并且不具有超导性质。基片表面51上只有绝缘条带20之 间的材料是超导的，由此引起HTS导体200的受控细丝化以产生超导 细丝，并且在随后的图4E中被显示为91。将超导材料沉积在表面51 上绝缘条带20之间，阻止了超导细丝91的电耦合。在本公开中，为 了获得本发明的多细丝超导体200的益处，非耦合或电不连通的超导 细丝91是优选的。

本公开的方法可以使用任何已知的HTS材料来实践。尽管对于本 公开的实践来说不是关键的，但超导层90一般具有约1至约30微米、 最典型约2至约20微米、优选约2至约10微米范围内的厚度，以便 获得所需的额定电流。超导层90可以选自在高于液氮的温度77K时 表现出超导性质的任何高温超导材料，并且优选为氧化物超导体。一 类材料包括REBa₂Cu₃O_7-x及相关化合物，其中RE是稀土元素例如Y。 这样的材料也可以包括例如Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+y、Ti₂Ba₂Ca₂Cu₃O_10+y和 HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+y。在上述材料中，YBa₂Cu₃O_7-x，一般也被称为YBCO， 可用于某些情形中。此外，超导层90的沉积使用普通专业技术人员已 知的任何适合于应用的沉积方法来进行，例如厚膜和薄膜成形技术二 者都可以使用，对此没有限制。

不受任何理论的限制，超导体材料优选被连续涂布在缓冲后基片 100的表面51而不是绝缘体条带20上，这种制造技术提供了某些优 点并易于放大至长的长度。也就是说，由于超导体材料不作为连续膜 涂层绝缘体条带20，因此正如本文中讨论的，不是必需如以前的制造 方法中所发现的那样引入抛光/蚀刻步骤，以从绝缘体条带20的表面 移除超导材料。如果需要这样做而没有做，将引起超导细丝91的耦合， 从而不能实现如本文中所公开的产生多细丝HTS导体200的益处。

如图4E中所示，可以利用本技术领域中已知的电沉积技术，在超 导细丝91的表面上沉积第一稳定剂层或覆盖层70，然后电沉积第二 稳定剂层80。覆盖层70和第二稳定剂层80的施用一般是出于电稳定 的目的。更具体来说，覆盖层70和第二稳定剂层80两者在冷却故障 或超过临界电流以及超导细丝91从超导状态转移出来而变得有阻抗 的情况下，帮助电荷沿着HTS导体200连续流动。

根据本公开，超导细丝91的电阻率在数量级上低于绝缘条带20 的电阻率。因此，带有交替的超导体细丝和绝缘条带的HTS导带200 的体系结构，提供了优先仅在超导体细丝91上电沉积覆盖层70和稳 定剂层80。因此，本公开避免了超导体细丝的任何耦合，并保留了细 丝化的较低AC损耗的优点。正如可以理解的，贵金属可用于覆盖层 70以防止稳定剂层80与HTS层91之间的不想要的相互作用。典型的 贵金属包括但不限于金、银、铂、钯及其组合。在某些情况下，可以 使用银以降低成本并提高总体可获得性。出于成本原因，覆盖层70优 选薄，但是厚得足以防止组分从稳定剂层80不想要地扩散到HTS层 91中。覆盖层70的典型厚度在约0.1微米至约100微米的范围内，在 某些情况下在约0.1微米至约10微米范围内，在某些情况下在约1.5 微米至约3.0微米范围内，对此没有限制。

再次参考图4E，可以沉积第二稳定剂层80。第二稳定剂层80优 选为铜，并起到厚稳定剂的作用。根据本公开，可以使用电化学沉积 技术例如电镀，用适合的稳定剂完全涂布并包封导体200，以在覆盖 层70的暴露区域上形成第二稳定剂层80。为了在稳定剂层中提供足 够的电流运载能力，典型情况下第二稳定剂层80具有约1至约1,000 微米范围内，最典型在约10至约400微米、约10至约200微米范围 内的厚度。特定实施方案具有约20微米至约50微米范围内的标称厚 度，对此没有限制。

根据实施方案的具体特征，在此引为参考的美国公开号 2006/0079403（系列号11/130,349）中定义和描述的电镀技术，可用于 形成稳定剂层80。按照这种技术，由于覆盖层70是导电的，因此可 以以高沉积速率、典型地以每分钟约1微米或更高的速率执行电镀， 以在超导导带上快速建立起厚的稳定剂层80。更具体来说，覆盖层70 起到籽晶层的作用，用于铜或其他金属在其上沉积。尽管前面一般涉 及铜，但应该提到，其他金属包括铝、银、金和其他导热导电金属也 可以用作第二稳定剂以形成稳定剂层80。然而，一般希望利用非贵金 属，以便降低形成超导导带的材料总成本。尽管本文所公开的特定实 例涉及标准的电镀技术，但对可以利用的电化学沉积方法没有特别限 制。根据本公开，稳定剂层80可以覆盖基片的两个相对主表面之一、 两个主表面，或者可以完全包封基片、缓冲层和超导体层。然而，由 于绝缘条带20的高电阻率，因此它不用稳定剂层涂布。通过留下绝缘 条带20不涂布，防止了超导细丝的耦合。

如上所述，以高得率制造结实且长度可以放长的多细丝2G HTS 导线的完全无蚀刻方法是可能的。根据本公开的特定实施方案，HTS 导带200包含400μm宽的超导细丝91和100μm宽的绝缘体条带20。 在这个实施方案中，约20%的超导体横截面不可用于电流流动。为了 最大化电流运载能力，将绝缘体条带20的宽度降至最低。因此，在本 公开的优选实施方案中，HTS导带200包含由10μm宽的绝缘体条带 20隔开的100μm宽的超导细丝91，这产生40的AC损耗降低因子， 临界电流流动仅减少10%。在本公开的其他实施方案中，产生了一种 超导结构，其引起AC损耗的甚至进一步降低。例如，在一个实施方 案中，将铁磁性材料掺入绝缘条带20中以便进一步降低AC损耗。构 成上文中所述的新的无蚀刻方法实施方案的各个步骤的流程图，显示 在图5中。

图6A和B显示了本公开实施方案的显微结构的照片。具体来说， 图6A显示了本公开实施方案的一部分的500X放大图，具体来说显示 了每一侧上带有超导层90的绝缘条带20，以及相关的过渡层10。图 6B示出了同一材料的3,500X放大图，显示了超导层90、绝缘条带20 以及它们之间的过渡层10的显微结构的更多细节。清楚显示出的是在 超导体沉积后涂层材料的差异组织。

图7A和B显示了本公开的导带201的一个实施方案的电阻率测 试结果。具体来说，图7A显示了本公开的导带201的交替细丝状结构， 即与绝缘条带20交替的超导细丝91。在没有传导电流300时，垂直 于细丝91延伸方向和运行期间电流流动方向300，穿过导带201或通 过导带201施加不同量的电压。测量穿过本公开的导线或导带201， 例如在图7A中用箭头所示的电流流动方向600上得到的安培数。图 7B显示了电阻率数据的图，并显示出未发现绝缘材料20具有能够运 载甚至仅仅10nA电流的任何超导材料，并且导带201具有约54mΩ 的电阻。

图8A和B显示了本公开范围内的涂布后材料的显微结构以及该 结构如何影响随后银在所述材料上的电沉积。图8A显示了由氧化镁制 成的绝缘条带上涂布材料的显微结构，图8B显示了同一材料上银的电 沉积的结果。可以清楚地看出，银不附着于涂布在绝缘条带20上的高 阻抗材料，而是强力附着于材料的超导部分91。

图9A和B显示了涂布后材料的显微结构以及该结构如何影响随 后银在所述材料上的电沉积。具体来说，图9A显示了由氧化钇制成的 绝缘条带上涂布材料的显微结构，图9B显示了同一材料上银的电沉积 的结果。显然，与图8B中所示的材料相比，银自由得多地附着在整个 材料上。由于涂布在氧化钇上的材料具有低阻抗，因此银附着于材料 的超导91和绝缘20区域两者，从而将超导细丝耦合，并使细丝化结 构对于降低AC损耗来说无用。

图10显示了由金属基片60上的由氧化镁构成的绝缘条带20和涂 布后材料构成的导带。还显示了与绝缘条带20相邻的过渡区10。

现在参考图11，在本公开的可选实施方案中，可以理解绝缘条带 20不是涂布在缓冲剂50涂布的基片60上，而是在超导层90上。可 以将与本文中公开的用于缓冲基片上的绝缘条带20的相同的材料，涂 布在超导层90上，对此没有限制。在这个可选的示例性实施方案中， 在将绝缘条带20沉积在超导层90上之后，对导带400进行热处理以 促进绝缘层20的组成成分扩散到直接位于其下方的超导层90中。这 种热处理的温度可以在约300℃至约900℃、可选地约400℃至约700℃ 的范围内。在某些情况下，这种热处理的时间可以在约10分钟至约 20小时的范围内。正如普通专业技术人员可能理解的，热处理时间可 能至少部分取决于绝缘材料、超导材料和为达到热处理温度而对温度 变化速率进行的控制。不受任何理论的限制，在这种热处理期间，位 于绝缘条带下方的超导膜受到不利影响，导致向非超导材料190的转 变。

刚刚描述的可选方法提供了生产图11中所示的HTS-导线或导带 结构400的其他方法。按照这个实施方案，超导细丝90被非超导材料 190隔开。在热处理后，通过例如上文中所述的电沉积的方法，将稳 定层70沉积在导带上。由于在非超导材料190顶上的绝缘条带20具 有高阻抗，因此银将只涂布超导细丝90而不涂布绝缘条带20。在稳 定剂涂层80后，可以通过例如上文中所述的电沉积的方法，将例如但 不限于厚的铜沉积在导带400上。同样地，由于在非超导材料190顶 上的绝缘条带20具有高阻抗，因此铜将只涂布银覆盖的超导细丝90 而不涂布绝缘条带20。因此，即使通过这种可选实施方案，也可以产 生具有完整条纹状稳定剂的多细丝超导体400而不包含任何蚀刻。

因此，不受任何理论的限制，所述结构可以包含如图11中所示的 一系列层。再次参考图11，即具有多层组成的HTS导体400的横截面 图。在某些情况下，超导层90被沉积在至少一个缓冲层50上。正如 本文中所述，可以在热处理之前将绝缘条带20沉积在超导层90上。 在热处理后，在超导层90中形成非超导材料190。因此，并且根据本 公开，HTS导体400总的来说包含基片60、覆盖基片60的表面61的 至少一个缓冲层50、覆盖至少一个缓冲层50的表面51的超导层90。 超导体层90具有沉积在其上的第一稳定剂层或覆盖层70。根据本公 开的另一个前面描述过的实施方案，也可以包含第二稳定剂层80以覆 盖超导体层90，特别是覆盖并接触覆盖层70。在某些情况下，第二稳 定剂层80与覆盖层70直接接触。

尽管不存在蚀刻提供了本文公开的实施方案的优点，但普通专业 技术人员可以理解，可以利用至少一个蚀刻步骤来移除绝缘或超导微 丝缺陷、沉积瑕疵、污染，并总体改善本发明中公开的多细丝结构和 制造方法。普通专业技术人员可能认识到，这样的蚀刻步骤可以在本 公开的范围之内，作为HTS导体200的质量控制、形成后修复或整修 的手段，对此没有限制。此外，本技术领域的普通专业人员将会容易 地认识到，HTS导体200可以合并到商业化电力组件，例如但不限于 电缆、变压器、发电机和电网中，用于各种应用和目的。

公开了至少一个实施方案，并且由本技术领域中的普通专业技术 人员对所述实施方案和/或实施方案的特征做出的改变、组合和/或修 改，也在本公开的范围之内。由对所述实施方案的特征进行组合、整 合和/或省略而得到可选实施方案，也在本公开的范围之内。当明确陈 述数值的范围或限度时，这种明确的范围或限度应该被理解为包括了 落于所述明确陈述的范围或限度之内的类似量级的迭代范围或限度 （例如，约1至约10包括2、3、4等；大于0.10包括0.11、0.12、0.13 等）。例如，当所公开的数值范围具有下限R_l和上限R_u时，落于所述 范围之内的任何数字都被具体公开。具体来说，所述范围之内的下列 数字被具体公开：R=R_l+k*（R_u-R_l），其中k是从1%至100%的增量 为1%的变量，即k是1%、2%、3%、4%、5%、……、50%、51%、 52%、……、95%、96%、97%、98%、99%或100%。此外，由上述中 定义的两个R数字所定义的任何数值范围，也被具体公开。应该理解， 较宽泛的术语例如“包含”、“包括”和“具有”的使用，为较狭窄 的术语例如“由……构成”、“基本上由……构成”和“基本上由…… 组成”提供了支持。因此，保护范围不受上面提出的描述的限制，而 是由后面的权利要求书定义，所述范围包括权利要求书的主题内容的 所有等同物。每一项和所有权利要求作为进一步的公开引入本说明书， 并且权利要求项是本发明的实施方案。在本公开中对参考文献的讨论 并不承认它是现有技术，特别是出版日期在本申请的优先权日期之后 的任何参考文献。在本公开中引用的所有专利、专利申请和出版物的 公开内容，在它们为本公开提供示例性、程序性或其他细节补充的程 度上，在此引为参考。