材料物性バルク研究部
先進超電導材料の開発と評価・加工技術に基づく機器開発の支援を担う
研究目的
- 銅酸化物超電導材料は、その複雑な組成・構造や物理的性質の大きな異方性のため、線材応用の際の磁場中性能や特性均一性、加工に対する安定性などに課題が残っています。材料物性バルク研究部では、長尺線材用の高度評価技術や加工技術などの開発により、次世代線材を用いた機器開発を支援すると共に、鉄系超電導体などの新物質を用いた先進超電導材料の開発を目指しています。
研究テーマ
- 長尺線材の特性評価手法の開発、機器用線材の試験方法の検討
- 長尺線材の細線加工技術、補修技術の開発
- 鉄系等新超電導物質の薄膜合成と応用可能性の評価（最先端研究開発支援プログラムの研究）
- 磁束ピン止め機構の理解に基づく磁場中高特性新材料の開発（同上）
主な成果
- 低交流損失長尺テープ線材製造のためのリール・トゥ・リール細線加工プロセスの開発
加工プロセスの改良により、収率が従来の50％から70％に向上するとともに、加工速度が
向上し、300mまでの長尺テープ線材の加工が可能になりました。
図１．細線加工プロセス（改良型）の流れ図 |
図２ 5mm幅5分割加工線材（50m長）の外観写真 |
図３ 200 m超級5mm幅３分割加工線材のIc特性、交流損失特性 |
図４ 50m長5mm幅5分割加工線材のIc特性、交流損失特性 |
- 鉄系超電導材料の臨界電流特性、結晶粒界特性の評価
（１）鉄系超電導単結晶の臨界電流特性（大阪大・田島研究室との共同研究）
図５ Ba(Fe1-xCox)2As2単結晶の臨界電流特性 |
（a）x=0.075試料の臨界電流特性の温度依存性。RE系超電導体単結晶試料においてみられたのと同様なピーク効果が見られている。（b）4.2Kにおける臨界電流特性のx依存性。Coを多量に置換すると大きく臨界電流密度（Jc）が低下することが明らかとなった。
図６ BaFe2（As0.65P0.35）2単結晶の臨界電流特性 |
Co置換系と異なり、Jcは磁場に対して単調に減少している。このことは、置換サイトの違いにより臨界電流特性が異なることを示唆している。
（２）バイクリスタル基板を用いた鉄系超電導薄膜の結晶粒界特性評価（東工大・細野研究室との共同研究）
図７ 粒間臨界電流密度の粒界角度依存性 |
鉄系はY系超電導体と比較して、粒間臨界電流密度が粒界角度に対してより鈍感であることが明らかとなった。
図8 バイクリスタル粒界接合（BGB）における電流－電圧の特性の粒界角度依存性。 |
粒界角度２４°以上で理想的なジョセフソン接合特性が観測された。
実用化への貢献
- 送電ケーブル、変圧器などの超電導電力機器普及時に必要な低損失線材の開発
- モーター、磁気浮上鉄道、高磁場マグネットなどその他の高磁場利用機器、システムの開発
- 高性能バルク応用機器、高性能エレクトロニクス機器の開発
主要論文/外部発表等
- 町 敬人他、「レーザースクライビング加工によるマルチフィラメント化プロセスの高速化」、2011年度秋季低温工学・超電導学会
- 筑本知子他、「Fe122 単結晶の磁束クリープ特性」、2011年度秋季低温工学・超電導学会
- Takayoshi Katase, Yoshihiro Ishimaru, Akira Tsukamoto, Hidenori Hiramatsu, Toshio Kamiya, Keiichi Tanabe, and Hideo Hosono, "Advantageous grain boundaries in iron pnictide superconductors", Nat. Commun. 2 (2011) 409
- S.Lee, N. Chikumoto, T.Yokoyama, T.Machi, K.Nakao, K.Tanabe, "Development of In-Plume Pulsed Laser Deposition of High-Ic GdBCO Films for Coated Conductors", IEEE Trans. Appl. Supercond. 19, 3192-3195 (2009) .
- N. Chikumoto, S. Lee, K. Nakao, K. Tanabe, "Development of inside-plume PLD process for the fabrication of large Ic(B) REBCO tapes",Physica C 469, 1303-1306 (2009).
- J. Kato et al., “Optimization of the diffusion joint process for the Ag layers of YBCO coated conductors”, Physica C 463-465, pp.747-750 (2007).
- K. Nakao et al., “Non-destructive characterization of long coated conductors using a Hall sensor array”, Physica C 445-448, pp. 669-672(2006).
- T. Machi et al., “Development of a magneto-optical imaging equipment for long length 2G-HTS tapes”, Physica C 445-448, pp. 673-676(2006).