本實(shí)用新型涉及一種薄膜開關(guān)，具體涉及一種雙面超導(dǎo)薄膜開關(guān)。

背景技術(shù)：

超導(dǎo)磁體提供穩(wěn)定強(qiáng)磁場，同時(shí)又可以作為儲(chǔ)能器件；已應(yīng)用到工業(yè)、醫(yī)療、電力系統(tǒng)等行業(yè)；而超導(dǎo)開關(guān)在超導(dǎo)磁體充放電中更是起著關(guān)鍵作用；超導(dǎo)開關(guān)是利用超導(dǎo)體的零電阻特性實(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)行、利用超導(dǎo)體失超產(chǎn)生電阻實(shí)現(xiàn)斷路作用的開關(guān)；目前現(xiàn)有的超導(dǎo)開關(guān)主要分為以下幾類：機(jī)械式超導(dǎo)開關(guān)通過控制兩個(gè)超導(dǎo)塊材的接觸與否實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，但是在多次使用后機(jī)械磨損，存在安全隱患；光控式超導(dǎo)開關(guān)依靠激光脈沖控制超導(dǎo)薄膜淬滅，但造價(jià)昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種通過雙面超導(dǎo)薄膜內(nèi)部自行控制，減小超導(dǎo)開關(guān)整體結(jié)構(gòu)大小節(jié)省空間和成本的雙面超導(dǎo)薄膜開關(guān)。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種雙面超導(dǎo)薄膜開關(guān)，包括從上到下排布的上超導(dǎo)層、基底層和下超導(dǎo)層；上超導(dǎo)層和下超導(dǎo)層中的其中一層與超導(dǎo)磁體并聯(lián)后連接主回路，另一層連接觸發(fā)回路。

進(jìn)一步的，所述上超導(dǎo)層和下超導(dǎo)層均采用YBCO超導(dǎo)薄膜。

進(jìn)一步的，所述超導(dǎo)層與基底層之間設(shè)置有上緩沖層。

進(jìn)一步的，所述下超導(dǎo)層與基底層之間設(shè)置有下緩沖層。

進(jìn)一步的，所述上超導(dǎo)層靠近基底層一側(cè)設(shè)置有上緩沖層，遠(yuǎn)離基底層一側(cè)設(shè)置有上金屬層；下超導(dǎo)層靠近基底層一側(cè)設(shè)置有下緩沖層，遠(yuǎn)離基底層一側(cè)設(shè)置有下金屬層。

進(jìn)一步的，所述基底層采用氧化鋁或氧化鎂。

進(jìn)一步的，所述上緩沖層和下緩沖層采用氧化鈰。

進(jìn)一步的，所述上金屬層和下金屬層均采用銅、金、銀、鍍金金屬或鍍銀金屬中的一種。

本實(shí)用新型的有益效果是：

（1）本實(shí)用新型不需要外加裝置，不改變外磁場，利用雙面超導(dǎo)薄膜一面失超后產(chǎn)生熱量并通過基底層傳熱影響另一面臨界電流值從而進(jìn)行自行控制；

（2）本實(shí)用新型節(jié)約制作成本、結(jié)構(gòu)簡單，超導(dǎo)開關(guān)體積大大減小。

附圖說明

圖1為雙面超導(dǎo)薄膜開關(guān)電路圖。

圖2為雙面超導(dǎo)薄膜結(jié)構(gòu)。

圖3a-b為雙面超導(dǎo)薄膜臨界電流示意圖，其中圖3a為A層失超臨界電流測量結(jié)果，圖3b為B層失超臨界電流測量結(jié)果。

圖4a-b為雙面超導(dǎo)薄膜串聯(lián)失超伏安特性曲線圖，其中圖4a為A、B層串聯(lián)1A/min下的失超臨界電流測量結(jié)果，圖4b為A、B層串聯(lián)2A/min下的失超臨界電流測量結(jié)果。

圖中：1-基底層，2-上緩沖層，3-上超導(dǎo)層，4-上金屬層，5-下緩沖層，6-下超導(dǎo)層，7-下金屬層，8-可插拔電流引線，9-雙面超導(dǎo)薄膜A層，10-雙面超導(dǎo)薄膜B層，11-超導(dǎo)磁體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。

一種雙面超導(dǎo)薄膜開關(guān)，包括從上到下排布的上超導(dǎo)層3、基底層1和下超導(dǎo)層6；上超導(dǎo)層3和下超導(dǎo)層6中的其中一層與超導(dǎo)磁體11并聯(lián)后連接主回路，另一層連接觸發(fā)回路。

進(jìn)一步的，所述上超導(dǎo)層3和下超導(dǎo)層6均采用YBCO超導(dǎo)薄膜。

進(jìn)一步的，所述上超導(dǎo)層3與基底層1之間設(shè)置有上緩沖層2，直接在基底層1上沉積超導(dǎo)薄膜，其薄膜超導(dǎo)性不好；因?yàn)榕c間晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)差別大，且在基底層1與超導(dǎo)薄膜之間發(fā)生嚴(yán)重的擴(kuò)散；緩沖層2可以增強(qiáng)基底層1與超導(dǎo)薄膜之間的晶格適配度，拉近兩者在熱膨脹系數(shù)等物理性質(zhì)方面的差異，并防止兩者間的擴(kuò)散和反應(yīng)。

進(jìn)一步的，所述下超導(dǎo)層6與基底層1之間設(shè)置有下緩沖層5。

進(jìn)一步的，所述上超導(dǎo)層3靠近基底層1一側(cè)設(shè)置有上緩沖層2，遠(yuǎn)離基底層一側(cè)設(shè)置有上金屬層4；下超導(dǎo)層3靠近基底層1一側(cè)設(shè)置有下緩沖層5，遠(yuǎn)離基底層1一側(cè)設(shè)置有下金屬層7；設(shè)置金屬層，將金屬層作為分流層，避免失超后超導(dǎo)層產(chǎn)生過多焦耳熱燒壞薄膜造成損壞。

進(jìn)一步的，所述基底層1采用氧化鋁或氧化鎂。

進(jìn)一步的，所述上緩沖層2和下緩沖層5采用氧化鈰。

進(jìn)一步的，所述上金屬層4和下金屬層7均采用銅、金、銀、鍍金金屬或鍍銀金屬中的一種。

其中雙面超導(dǎo)薄膜A層9和雙面超導(dǎo)薄膜B層10均為依次連接的CeO2緩沖層--YBCO超導(dǎo)層-Au層；使用時(shí)，充磁過程如下：當(dāng)雙面超導(dǎo)薄膜處于超導(dǎo)狀態(tài)，可插拔電流引線8斷開時(shí)，超導(dǎo)磁體11閉環(huán)運(yùn)行；可插拔電流引線8閉合，當(dāng)直流電源DC2增大電流超過雙面超導(dǎo)薄膜B層10臨界電流，超導(dǎo)薄膜B層10失超發(fā)熱通過基底層1影響超導(dǎo)薄膜A層9失超，從而使其斷開，給超導(dǎo)磁體勵(lì)磁，達(dá)到預(yù)定值后，勵(lì)磁過程結(jié)束；DC2減小電流等待超導(dǎo)薄膜B層從常態(tài)轉(zhuǎn)換到超導(dǎo)態(tài)，直流電源DC1減小電流到0，使得超導(dǎo)薄膜A層9與超導(dǎo)磁體11達(dá)到閉環(huán)運(yùn)行，同時(shí)斷開可插拔電源引線8；退磁過程如下：閉合可插拔電源引線8，直流電源DC1電流增大，使得DC1電流等于超導(dǎo)磁體11電流，同時(shí)DC2增大電流，雙面超導(dǎo)薄膜B層10失超影響雙面超導(dǎo)薄膜A層9從而斷開，保持雙面YBCO超導(dǎo)薄膜失超，降低DC1電流至零，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)磁體11退磁過程。

本實(shí)用新型可以在不添加外加裝置，如加熱線圈等改變超導(dǎo)熱、磁臨界值前提下，將雙面YBCO超導(dǎo)薄膜的兩面分別接入不同回路，雙面超導(dǎo)薄膜A層9作為開關(guān)端接入主回路，雙面超導(dǎo)薄膜B層10作為控制端接入觸發(fā)回路；接入主回路的雙面超導(dǎo)薄膜A層9電流低于臨界電流值的電流，當(dāng)觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)回路電流超過雙面超導(dǎo)薄膜B層10臨界電流，使雙面超導(dǎo)薄膜B層10失超；雙面YBCO超導(dǎo)薄膜通過基底層1的傳熱以及雙面薄膜的磁場相互影響，致使雙面超導(dǎo)薄膜A層9失超，從而達(dá)到關(guān)斷效果。

本實(shí)用新型與單面超導(dǎo)薄膜相比，能通過磁熱耦合獲得更好的失超同步性，節(jié)約材料，具有更低的制造成本；而與帶材、塊材相比，具有更優(yōu)良的響應(yīng)時(shí)間；本實(shí)用新型將雙面超導(dǎo)薄膜直接替換之前的超導(dǎo)材料，或者通過添加熱線圈或改變外磁場改變超導(dǎo)材料的兩到三個(gè)臨界值使超導(dǎo)失超實(shí)現(xiàn)更快的響應(yīng)時(shí)間；由于現(xiàn)有工藝無法使兩面完全相同，所以雙面超導(dǎo)薄膜兩面臨界電流值不完全相同，但是當(dāng)他們串聯(lián)或并聯(lián)時(shí)，在同一電流值失超，說明其能在一定程度上相互影響；對(duì)雙面超導(dǎo)薄膜進(jìn)行臨界電流測量，A、B層臨界電流測量結(jié)果如圖3所示，當(dāng)雙面超導(dǎo)薄膜串聯(lián)后，雙面超導(dǎo)薄膜同步失超，A、B層串聯(lián)下且電流變化率分別為1A/min與2A/min下的失超過程伏安特性曲線如圖4所示；可以看出，A層失超臨界電流為1.6A，B面失超臨界電流為1.4A，當(dāng)雙面串聯(lián)后，A、B面同時(shí)在1.4A開始失超。