حصلت شرائط الموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة العالية على "هيكل داعم" أرخص وأكثر متانة. نجح فريق بحثي من معهد الفيزياء التقنية والكيمياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم في تطوير "هيكل داعم" جديد لشرائط الموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة العالية، وهو الشريط الأساسي المصنوع من سبيكة قاعدتها الحديد (DW01). وقد أظهرت مؤشرات الأداء الرئيسية لشرائط الموصلية الفائقة المُعدّة باستخدام هذا الشريط الأساسي تفوقًا ملحوظًا على المنتجات التقليدية القائمة على شريط هاستيلوي الأساسي، مما يمثل خطوة مهمة نحو تحقيق الاعتماد الذاتي والتحكم المستقل في المواد الأساسية لشرائط الموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة العالية في الصين.

تُعد شرائط الموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة العالية مادة متقدمة قادرة على توصيل التيار الكهربائي دون مقاومة تقريبًا تحت التيارات العالية والمجالات المغناطيسية القوية، وتُستخدم بشكل رئيسي في مجالات الاندماج النووي الخاضع للتحكم، ونقل الطاقة فائقة التوصيل، ومسرعات الجسيمات فائقة التوصيل. تبدو هذه الشرائط كشريط معدني رفيع، لكنها في الواقع تتكون من عدة طبقات متراصة، حيث تكون الطبقة فائقة التوصيل الفعلية رقيقة جدًا، وتحتاج إلى "قاعدة" صلبة ومتينة تحتها، وهي الشريط الأساسي. يعمل هذا الشريط الأساسي بمثابة الهيكل العظمي للجسم البشري، حيث يجب أن يتحمل الانحناء والشد والتغيرات الحادة في درجات الحرارة.

على مدى العقود الماضية، كان هذا "الهيكل الداعم" يُصنع بشكل شبه حصري من سبيكة هاستيلوي (C276). تحتوي هذه السبيكة على أكثر من نصف وزنها من النيكل الباهظ الثمن، بالإضافة إلى معادن نادرة مثل الموليبدينوم والتنغستن والكوبالت، بينما لا يشكل الحديد الرخيص سوى خمسة بالمائة فقط، مما يجعل تكلفة المواد الخام مرتفعة باستمرار. والأهم من ذلك، أن هذه المادة مستخدمة منذ ما يقرب من 30 عامًا، ولم يتبقَّ سوى القليل جدًا من المجال لتحسين أدائها.

لمواجهة هذا التحدي، انطلق فريق الباحثين لي لاي فنغ وشي لي من معهد الفيزياء التقنية والكيمياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، بالتعاون مع معهد شوغانغ لأبحاث التقنية وشركة بكين بايي للمواد الجديدة، من السبائك القاعدية الحديدية، وطوّر شريط DW01 الأساسي على مدى أكثر من ثلاث سنوات. يتكون هذا الشريط بشكل أساسي من الحديد الشائع، وتبلغ تكلفة مواده الخام ربع تكلفة شريط C276 الأساسي فقط.

شريط أساسي من سبيكة قاعدتها الحديد لشرائط الموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة العالية من الجيل الثاني

لكن انخفاض التكلفة ليس كافيًا، فالأداء هو العامل الحاسم. في مايو من هذا العام، نجحت شركة شنغهاي للموصلية الفائقة للتكنولوجيا المحدودة في إنتاج شرائط فائقة التوصيل بجودة المنتج باستخدام شريط DW01 الأساسي. أظهرت الاختبارات أنه في بيئة درجة حرارة -196 درجة مئوية وتحت مجال مغناطيسي صفري، بلغ التيار الحرج لشريط مطلي بالفضة بعرض 12 ملم 647 أمبير. وعند تمديد الشريط بنسبة 0.6%، انخفض التيار الحرج لشريط DW01 الأساسي بأقل من 10% فقط، بينما انخفض التيار الحرج لشريط C276 الأساسي بأكثر من 50%. وقال لي لاي فنغ: "هذا يدل على أن 'الهيكل الداعم' الجديد أكثر متانة، وأقل عرضة لتلف الطبقة فائقة التوصيل عند الانحناء أو التعرض للإجهاد".

بالإضافة إلى ذلك، فإن الخصائص المغناطيسية وخصائص المقاومة الكهربائية لشريط DW01 الأساسي تتفوق على شريط C276 الأساسي، مما يساهم في تقليل فقدان الطاقة أثناء الاستخدام. وقد قدم الفريق بالفعل 6 طلبات براءات اختراع تتعلق بتركيبة شريط DW01 الأساسي وطريقة تصنيعه. حاليًا، وصلت المؤشرات الرئيسية لشريط DW01 الأساسي، مثل دقة السماكة وجودة السطح، إلى معايير التوريد، مما يلبي متطلبات الإنتاج الصناعي.

يرى خبراء في القطاع أن شريط DW01 الأساسي لا يفتح مسارًا جديدًا لتوطين صناعة شرائط الموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة العالية فحسب، بل يوفر أيضًا، بفضل أدائه الممتاز في المجالات المغناطيسية العالية ومزاياه التكلفية الواضحة، دعمًا قويًا للصين في السباق نحو احتلال موقع الريادة في المنافسة العالمية على صناعة الموصلية الفائقة.