YBCO/聚合物复合滴铸薄膜的磁悬浮特性研究：低成本柔性超导材料的突破与应用前景

为解决高温超导材料成本高、加工复杂的问题，研究人员通过滴铸和喷涂技术制备YBCO/聚合物复合薄膜，发现其在不同基底上均表现出稳定的磁悬浮特性，且具备柔性可弯曲优势。该研究为低成本柔性超导器件开发提供了新思路，成果发表于《Next Materials》。

　　

超导材料因其零电阻和完全抗磁性（迈斯纳效应）特性，在能源、医疗和交通领域具有革命性潜力。然而传统钇钡铜氧（YBCO）超导体制备需高温高压工艺，成本高昂且难以加工成柔性器件。如何实现低成本、可规模化生产的柔性超导材料，成为制约其实际应用的关键瓶颈。

针对这一挑战，由Beatriz Lucas、Miguel Brito等组成的研究团队创新性地采用聚合物复合策略，通过滴铸和喷涂工艺将YBCO粉末与热塑性聚氨酯（TPU）结合，成功制备出兼具磁悬浮性能和机械柔性的复合薄膜。这项发表于《Next Materials》的研究，首次证明了YBCO粉末基墨水在任意基底上形成功能性超导薄膜的可行性。

研究团队运用四大关键技术：1）YBCO粉末的固相合成与研磨处理；2）粉末/粘合剂（p/b）重量比调控的墨水配制；3）滴铸与喷涂两种成膜工艺；4）综合表征手段包括振动样品磁强计（VSM）测磁学性能、X射线衍射（XRD）分析相组成、扫描电镜（SEM）观察形貌以及电化学阻抗谱评估导电性。

【实验结果】

1. 基底普适性验证
   薄膜在铝箔、塑料膜、特氟龙和纸张等不同基底上均展现稳定磁悬浮，悬浮高度约1cm，持续时间达数分钟。无基底独立薄膜同样有效，证明基底类型不影响超导性能。

2. 磁学性能调控
   商用YBCO粉末制备的样品（p/b=0.6）在77K和65K均呈现完美抗磁性，磁矩达10^-3
   emu；而实验室合成粉末样品则显示铁磁-超导共存态。能谱（EDS）分析揭示组分均匀性是关键因素，商用粉末含微量YBCO 211相（Y₂
   BaCuO₅
   ）可增强磁通钉扎。

3. 电学性能局限
   TPU绝缘特性导致临界电流密度（J_c
   ）仅2kA/cm²
   （65K，零场），比块材低2个数量级。但电阻率-频率谱显示，液氮环境下载流子迁移率显著提升。

4. 柔性验证与循环利用
   薄膜经20次弯折后仍保持悬浮能力，并可溶解回收YBCO粉末重复使用。XRD证实再生粉末晶体结构完好，悬浮性能未衰减。

【研究意义】
该工作突破了传统超导材料的刚性限制，开发出可弯曲、易加工的复合薄膜体系。虽然聚合物绝缘性导致J_c
较低，但研究揭示了组分均一性对性能的核心影响——商用粉末的微量211相能优化磁通钉扎。更值得关注的是，该工艺实现了超导材料的"闭环生产"，废料回收率近100%，大幅降低应用成本。未来通过导电粘合剂开发，有望解决当前导电性瓶颈，为磁屏蔽、柔性电子等创新应用铺平道路。