国外进展

日本以PLD技术为主的代表性实验室包括名古屋大学、日本产业技术综合研究所、成蹊大学和爱知工业大学等。在生长动力学方面，爱知工业大学通过蒙特卡罗方法模拟了柱状缺陷的自组装过程，研究了其形貌、密度与生长速度之间的关系。名古屋大学则研究了BMO（BaMO₃，钙钛矿氧化物，M可为Zr、Sn、Hf）纳米柱形貌与浓度对超导性能的影响，并利用多层膜结构引入不连续的BMO纳米柱缺陷，以调控其浓度和形状。此外，名古屋大学采用了机器学习方法追踪PLD生长过程中的羽辉形状变化，采集羽辉形状信息并调整实验条件（如透镜位置），以确保生长过程中羽辉形状保持一致。

日本FFJ公司采用PLD技术路线，2025年产能达到1000km（注：如无特别说明，均已换算成12mm宽带材）。该公司目前的研究重点是优化带材制造链，包括缓冲层质量、超导材料在磁场中的性能，以及铜层和焊接层的均匀性。此外，该公司正在推进基于600W大功率准分子激光器的REBCO带材制备技术，若成功，生长速度将实现大幅提升。该公司目前正在与日本九州大学研究团队合作，开发基于机器学习的数字模型，利用扫描霍尔技术和人工智能技术对带材性能进行预测。该预测方法基于大量实验数据，通过初始工艺参数（如温度、氧压、激光能量等）对最终带材性能进行推断，同时可以根据工艺条件高精度预测带材的临界电流I_c。

日本Fujikura公司也采用PLD技术路线，重点研究带材的均匀性和工艺重复性，以及带材（尤其是超导层）在低温下的疲劳力学行为。其优势在于“Hot-wall”PLD技术，该技术能够实现更加均匀的温度控制。Fujikura成功制备了宽度为4mm、长度达1.4 km的单根带材，且电流分布均匀。

美国新成立了基于PLD的HTS REBCO带材公司，推动REBCO带材在聚变中的应用。美国堪萨斯大学团队主要研究PLD技术路线，重点放在动力学及多层膜结构的性能提升。

德国THEVA公司基于原位反应合成（ME）技术，当前年产能约为100km。该技术在大面积基带上镀膜方面具有优势。德国KIT与欧洲CERN成立了KC4项目联合实验室，旨在弥合小规模材料研究与大规模批量生产之间的差距，专注于PLD技术路线，主要进展包括实现了4cm宽的PLD带材，但目前仍处于研发阶段。

美国SuperPower公司采用MOCVD技术路线，目前年产能为300km。其研发重点包括新工艺配方、细丝化、分切技术及绝缘工艺等方面。此外，法国Renaissance Fusion也专注于MOCVD技术，目标是实现1m宽的带材制备。美国休斯顿大学团队采用双面镀膜方法提高性能，但受限于其加热方式（自加热），其技术路线难以转移至工业化生产。

美国AMSC公司是最早实现REBCO带材商业化的公司，其使用的是MOD技术路线，目前其产品全部供给内部使用，具体研发方向无公开报道。日本Sumitomo公司在MOD技术路线的开发中取得进展，主要研究方向包括纳米颗粒掺杂、厚膜制备及长带材的开发。西班牙巴塞罗那的ICMAB-CSIC研究所主要发展MOD技术路线，研究重点为提高沉积速度、MOD成相动力学、纳米颗粒的引入，以及稀土元素与沉积温度的关系，提出了液相辅助的瞬态成相理论。

RCE路线在输电电缆方面有一定商业潜力。韩国SuNAM公司采用RCE技术路线，当前年产能约为400km（4mm宽）。RCE技术的优势在于高温自场下具有较高的临界电流，但在磁场下性能较弱。为了弥补这一不足，SuNAM引入了PLD技术，用于生长种子层，再通过RCE继续生长，以提高整体性能。

国内进展

上海超导公司长期专注于PLD技术路线，并在多个应用领域形成了系列化产品布局。当前该公司年产能已达数千公里级别，并计划进一步扩大生产规模。其近年来的技术发展重点围绕关键原材料与核心装备的自主化展开，包括推进靶材与激光器的国产化替代，并持续优化激光分切等后段工艺，以提升生产效率和产品一致性。东部超导公司致力于发展MOCVD技术路线，并成功实现了千米级长带的规模化制备。其产品在低温强场环境下展现出良好的性能潜力，为核聚变等极端场景应用提供了重要材料选项。上创超导公司致力于通过低成本MOD工艺实现REBCO带材的规模化制备。其典型产品在自场、77 K条件下实现好的载流性能，展现了MOD路线在平衡性能与成本方面的应用潜力。公司近期通过引入BHO等纳米颗粒作为人工钉扎中心，改善了带材在中高磁场下的载流性能。甚磁科技公司是近年来新成立的基于PLD技术路线的带材企业，已建立了完整的生产线，具备批量供应能力。

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关键科学技术问题

REBCO作为一种层状陶瓷材料，无法采用传统拉拔工艺成型的粉末装管法制备高性能线材，且其超导性能具有强各向异性，需实现超导薄膜双轴织构取向生长。当前主流的REBCO带材是在柔性金属基带（如哈氏合金）上，通过7—8层镀膜技术依次外延生长而成的复杂多层结构，依次为：隔离层（Al₂O₃、Y₂O₃）→种子层（MgO）→帽子层（LaMnO₃、CeO₂）→超导层→稳定层（Ag、Cu）（图2），其中隔离层、种子层、帽子层统称为缓冲层。以下针对各层材料所面临的关键科学技术问题做逐一介绍。

图 2 REBCO超导带材的结构

哈氏合金基带

由于REBCO材料属于韧性差的陶瓷材料，需要将其涂覆在有韧性且机械性能优异的金属基带上成膜，因此具有高强度和纳米级表面平整度的合金基带是REBCO高温超导带材的关键基础材料。哈氏合金因其热膨胀系数与REBCO匹配、低磁导率、高强度和良好的表面平整度成为主流基带材料。

当前面临的关键科学技术问题：

1. 高纯净合金制备：需降低C、S、P、O等杂质含量，防止超薄长带（30—50 μm厚，千米级长）在加工中开裂。

2. 精密加工工艺：需攻克超长、超强、超光滑、超薄的精密轧制技术。

3. 原材料规模与生产装备的匹配：需要大吨位（3t以上）高纯合金冶炼能力，以匹配千米级薄带生产线的规模需求。

4. 性能升级需求：面向更高磁场、更小弯曲半径的应用，亟需发展比C276哈氏合金强度更高、疲劳耐受性更好并且导电、导热性更好的新一代基带材料。

5. 发展高效分切技术：目前分切均依赖于日本在国内的子公司，存在一定风险。

隔离层（Al₂O₃、Y₂O₃）

在REBCO带材的生产过程中，由无定形Al₂O₃和Y₂O₃组成的隔离层主要起到阻挡基带中的元素扩散和提供平整成核面的作用。目前，几乎所有主流REBCO带材生产厂家均采用Al₂O₃+Y₂O₃的缓冲层工艺组合，其主要原因在于该结构高度适合工业化卷对卷沉积，能够在相对较低的沉积温度下形成致密、连续的薄膜。同时，Al₂O₃和Y₂O₃的热膨胀系数与哈氏合金等常用金属基带较为接近，可有效降低热循环过程中产生的界面应力。该层工艺已相对成熟，是产业化体系中的稳定环节，当前暂无亟需突破的技术瓶颈。

种子层（MgO）

MgO种子层的主流制备路线是IBAD。IBAD是采用离子束辅助技术获得薄膜沉积时的择优取向，进而在金属基带上生长双轴织构取向的氧化物缓冲层。

当前面临的关键科学技术问题：

1. 基础科学问题：离子束诱导织构的微观机理尚未完全厘清，缺乏统一的定量模型。

2. 技术挑战：IBAD-MgO厚度仅数纳米，工艺窗口极窄，对沉积速率、离子束参数（通量、能量、入射角）高度敏感。在卷对卷生产中，基带速度、张力波动和离子束不均匀性极易导致织构劣化，长带均匀性控制难度大。

3. 装备复杂性：IBAD 系统集成度高，设备昂贵且维护复杂，是生产线中投资最大的环节之一。

帽子层（LaMnO₃、CeO₂）

锰酸镧（LaMnO₃）和氧化铈（CeO₂）是REBCO带材中2种主要的帽子层材料，其核心功能在于缓解MgO层与REBCO超导层之间的晶格失配，为后续高质量外延生长提供连续、平整、无裂纹、致密且高温化学稳定的模板表面。LaMnO₃成本较低但织构质量通常不如CeO₂；CeO₂织构质量更优但成本高、工艺复杂。

当前面临的关键科学技术问题：

1. 成膜机制研究：揭示不同帽子层在高速沉积环境下对REBCO薄膜生长动力学的具体影响机理。

2. 高质量LaMnO₃工艺开发：优化磁控溅射工艺，实现面内织构度优于7°、长度超过2000m的高均匀性LaMnO₃薄膜制备。

3. 界面工程优化：通过表面处理、掺杂等手段，提升帽子层与REBCO层之间的结合强度及电-机械综合性能。

超导层（PLD、MOCVD、MOD）

当前REBCO带材在液氮和液氦温区的临界电流密度（J_c）仅为根据Ginzburg-Landau理论计算的拆对电流（J_d）的20%—30%，且存在临界电流随厚度增加而非线性增长的“厚度效应”。因此，针对不同应用温区与磁场，设计并引入高效的人工钉扎中心是提升在场性能的关键。表3列出了REBCO带材不同温区钉扎效率的对比。

表 3　REBCO带材不同温区钉扎效率对比

目前，全球范围内能够实现年产量超过1000公里、且具备高性能水平的高温超导带材生产企业，均主要采用PLD技术路线。PLD技术的基本原理是利用高能脉冲激光轰击多组分REBCO靶材，使靶材以接近化学计量比的形式瞬时蒸发并形成高温等离子体羽辉，该等离子体在真空或低压氧气环境中定向传输，最终沉积在被加热的带有双轴织构缓冲层的基带上。

当前面临的关键科学技术问题：

1. 羽辉动力学与控制：在基带高速移动（基带速度数十米/小时至百米/小时）、高频激光（300Hz）轰击的动态过程中，研究羽辉阵列的形成、扩展规律及其与背景气体、衬底温度的相互作用，实现对羽辉的精确控制。

2. 多尺度建模与工艺优化：构建“激光参数—羽辉特性—薄膜结构”的关联模型，揭示生长动力学规律，为工艺优化提供理论指导。

3. 靶材与工艺协同设计：超导带材在不同应用场景（高温高场、低温高场、高温低场等）需要不同类型的钉扎中心。需研究如何通过协同调整靶材化学组分（掺杂）和PLD沉积工艺参数（温度、氧压、速度、激光参数等），定向构筑所需的钉扎结构，以精准提升目标工况下的载流性能。这需要建立“靶材—工艺—微观结构—宏观性能”的全链路数据库，并形成定量认识。