日本京都大學(xué)大學(xué)院工學(xué)研究科雨宮尚之教授團(tuán)隊(duì)于2026年9月正式公布研發(fā)成果，成功開發(fā)出名為SCSC電纜的高溫超導(dǎo)集合導(dǎo)體及其配套繞線工藝。該成果針對(duì)傳統(tǒng)高溫超導(dǎo)線材在交流工況下?lián)p耗過高、難以彎曲成型的痛點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，目前已在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下完成多匝線圈實(shí)測(cè)，明確指向航空電推進(jìn)電機(jī)與核聚變發(fā)電裝置的下一代磁場(chǎng)構(gòu)建需求。

微觀結(jié)構(gòu)重構(gòu)降低交流損耗

高溫超導(dǎo)材料在零電阻狀態(tài)下可承載極高電流密度，是電機(jī)輕量化與節(jié)能改造的核心材料。然而，常規(guī)帶材在交變磁場(chǎng)中易產(chǎn)生渦流效應(yīng)，導(dǎo)致顯著的交流損耗，且剛性過強(qiáng)無法直接繞制成復(fù)雜線圈。雨宮團(tuán)隊(duì)采用的SCSC架構(gòu)將高溫超導(dǎo)薄膜分割為細(xì)絲狀單元，各細(xì)絲間通過電鍍銅層實(shí)現(xiàn)電氣連通。這種類似絞合線的拓?fù)湓O(shè)計(jì)有效抑制了橫向渦流路徑，使交流損耗大幅下降。細(xì)絲外圍包裹的銅鍍層不僅承擔(dān)均流作用，還作為機(jī)械支撐層，賦予線材必要的柔韌度，使其能夠適應(yīng)螺旋纏繞工藝。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙規(guī)避了傳統(tǒng)單層薄膜在彎折時(shí)產(chǎn)生的晶格畸變問題，為后續(xù)的大規(guī)模卷繞提供了物理基礎(chǔ)。

八層復(fù)合繞制突破長徑比限制

為實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用，團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)攻克了多層疊加與長距離連續(xù)制備兩大工藝壁壘。本次試制的SCSC電纜采用直徑小于3毫米的金屬芯軸作為骨架，將24根銅鍍層多細(xì)絲高溫超導(dǎo)帶材以螺旋方式分層纏繞，共完成8層復(fù)合包覆。理論計(jì)算表明，該截面構(gòu)型可穩(wěn)定輸送數(shù)千安培量級(jí)的額定電流。若替換不同臨界溫度的高導(dǎo)材料，該結(jié)構(gòu)可直接適配核聚變托卡馬克裝置中的環(huán)向場(chǎng)線圈。在長度維度上，通過改良專用纜線絞合設(shè)備，團(tuán)隊(duì)已穩(wěn)定拉制出45米長的連續(xù)電纜段。這一長度指標(biāo)跨越了實(shí)驗(yàn)室短樣階段，達(dá)到航空大功率電機(jī)定子繞組所需的單段成型標(biāo)準(zhǔn)。連續(xù)化生產(chǎn)對(duì)放線張力的一致性要求極高，任何局部應(yīng)力集中都可能導(dǎo)致超導(dǎo)薄膜微裂紋擴(kuò)展。

以下為本次試制產(chǎn)品的核心參數(shù)匯總，供產(chǎn)業(yè)鏈上下游參考選型：

上述參數(shù)直接關(guān)聯(lián)下游設(shè)備的散熱設(shè)計(jì)與空間布局。采購方在評(píng)估供應(yīng)商樣品時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)核對(duì)帶材寬度公差與銅鍍層厚度均勻性，這兩項(xiàng)指標(biāo)決定了多層繞制時(shí)的貼合緊密度。對(duì)于集成商而言，SCSC架構(gòu)的模塊化特性允許根據(jù)目標(biāo)磁場(chǎng)強(qiáng)度靈活調(diào)整層數(shù)與匝數(shù)，可顯著縮短定制線圈的開發(fā)周期。在實(shí)際產(chǎn)線導(dǎo)入前，建議先進(jìn)行小批量樣品的介電強(qiáng)度測(cè)試與熱循環(huán)疲勞評(píng)估，以確認(rèn)鍍銅層在極端溫差下的附著力穩(wěn)定性。

在器件級(jí)驗(yàn)證環(huán)節(jié)，研究人員利用半徑30毫米的圓形繞線模具，將SCSC電纜以5層結(jié)構(gòu)緊密排布，完成33匝圓筒形線圈繞制；同時(shí)基于半徑25毫米模具加工出3匝鞍形立體線圈。通電測(cè)試顯示，實(shí)際載流能力與電磁仿真預(yù)測(cè)值高度吻合。低損耗特性意味著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱大幅減少，對(duì)低溫制冷機(jī)組的選型與能效匹配提出更高要求。日本在超導(dǎo)電力傳輸與磁體制造領(lǐng)域長期保持工藝積累，其核心優(yōu)勢(shì)在于高純度金屬基體處理與精密繞包張力控制，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)在細(xì)絲絕緣隔離與大曲率半徑應(yīng)變管理上仍需針對(duì)性驗(yàn)證。

45米的連續(xù)制備長度與十分之一的實(shí)測(cè)損耗降幅，構(gòu)成了該技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)線的兩個(gè)關(guān)鍵錨點(diǎn)。前者意味著無需頻繁接頭即可滿足大型旋轉(zhuǎn)電機(jī)的單極繞組需求，后者則直接決定了超導(dǎo)系統(tǒng)在并網(wǎng)或航空工況下的熱負(fù)荷邊界。下游廠商在導(dǎo)入此類新型導(dǎo)體時(shí)，應(yīng)優(yōu)先建立包含交流阻抗譜分析在內(nèi)的完整測(cè)試矩陣，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行溫升曲線重新核算冷卻系統(tǒng)的制冷功率配比。供應(yīng)鏈企業(yè)可借此機(jī)會(huì)優(yōu)化特種繞線工裝的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)高精度張力傳感器與自動(dòng)排線機(jī)構(gòu)的國產(chǎn)化替代進(jìn)程。