矩形雙面超導薄膜開關的關斷特性研究.pdf

1、超導開關是利用超導體的零電阻特性實現(xiàn)閉環(huán)運行，并利用超導體失超產(chǎn)生失超電阻的原理實現(xiàn)斷路作用的開關。在當前的研究和應用中，超導開關多采用低溫超導材料和第一代Bi系高溫超導帶材制作而成。低溫超導材料的臨界溫度較低，一般情況工作在液氦溫區(qū)，運行成本較高;Bi系高溫超導帶材由于強烈的各向異性使得其臨界電流易受磁場的影響;而矩形雙面超導薄膜可以工作在液氮環(huán)境，制作簡便，體積小重量輕，不易受到磁場影響，所以本文采用矩形雙面超導薄膜作為超導開關原件

2、。
　　本文首先引出了矩形雙面超導薄膜開關的概念，即開關單元被設計在鋁酸鑭(LaAlO3)基底層的兩面，這種雙面結構具有非常重要的物理意義:首先區(qū)別于圓形超導薄膜，矩形超導薄膜具有一定的長度和寬度，相應電壓、電流等級的超導開關可以通過超導薄膜的線性連接實現(xiàn)，無需設計導電圖形，設計步驟簡便;其次當雙面的超導開關同時工作時可以進一步提高超導開關的集成度，減少鋁酸鑭(LaAlO3)基底層的用量。
　　本文設計了一個大小為4cm×1

3、cm，以鋁酸鑭(LaAlO3)為基底層的矩形雙面結構薄膜開關模塊，通過仿真和實驗對矩形雙面結構薄膜開關的關斷特性進行了分析。首先，對矩形雙面超導薄膜正常工作狀態(tài)的載流模式進行仿真研究，仿真表明矩形雙面超導薄膜交流損耗低，具有十分良好的載流性能。其次，對4cm×1cm尺寸的矩形雙面超導薄膜開關模塊進行50V，70V，90V三種沖擊電壓情況下的短路實驗，實驗發(fā)現(xiàn)矩形雙面超導薄膜開關失超傳播特性良好，具有較好的失超同步特性，并計算了多組沖擊電

4、壓等級下，該開關的失超傳播速度。再次，對矩形雙面超導薄膜開關進行了在較高沖擊電壓下的失超回復實驗，得到了該開關在不同電壓下的失超回復時間。結果發(fā)現(xiàn)，矩形雙面超導薄膜的回復時間和通入的沖擊電壓幅值，以及通入的沖擊電壓時間成正比例關系。最后，在總結了上述實驗理論分析的基礎上，再對薄膜開關進行了多種沖擊電壓下的短路關斷實驗，通過計算超導開關的失超傳播速度，得到了此開關的最大可承受電壓。
　　論文對矩形雙面超導薄膜開關的正常工作、失超關斷