本发明涉及超导材料，具体地，涉及一种第二代高温超导带材及其制备方法。
背景技术：
1、高温超导体(hts)的最新进展为托卡马克聚变中试装置的设计开辟了一个新的参数空间。在托卡马克运行期间，稀土钡铜氧(rebco，re为稀土元素)涂层导体将在高外加磁场和超低工作温度下承载大电流，同时还要受到中子的辐照。当rebco受到中子辐照时，有各种变化发生在有序的超导晶格内，导致对jc的竞争效应出现。一方面，原子的位移和缺陷团簇的形成倾向于通过tc抑制、晶格非晶化、降低晶间电流传输和本征钉扎位点的无序化来降低jc。另一方面，点缺陷和缺陷团簇可以作为人工钉扎中心，通过产生有利的钉扎位点来增加jc。这些机制的累积效应可以观察到测量到的jc的净增加或减少。fischer等人研究发现，当快中子剂量达到一个临界点时，超导的临界电流将不断下降。而且由于中子射线能量大、穿透能力强，对人体、环境、仪器设备等会产生很强的辐射损伤，威胁生命安全和仪器的正常工作。所以有必要开发一种带有屏蔽中子涂层的超导带材，既能降低长时间的中子辐射对超导的在场性能的影响，还能减少对环境和人体健康的影响。
2、中子和稀土粒子之间的相互作用主要有两种形式：快中子的散射(弹性和非弹性)和减速；吸收慢中子和二次释放的粒子或γ射线。对于高能量(几mev以上)的中子，可用铍(be)、铅(pb)、钆(gd)等元素通过非弹性碰撞使其能量迅速降低，其中be元素还可作为中子反射剂将中子以几乎相同的角度反射回去。对于中等能量的中子，应该用轻元素如氢(h)通过弹性散射将中子慢化为热中子。对于低能量的中子，用硼(b)、镉(cd)等稀土元素吸收中子。中子防护必然伴随次生伽马射线辐射。而稀土元素gd作为高z元素也具备一定的伽马射线屏蔽能力，其同位素155gd和157gd还具备超高的热中子吸收截面。10b的热中子吸收截面也较高，仅次于gd、sm、eu等稀土元素，且其丰度约20％，原料来源丰富，价格低。环氧树脂作为三大通用热固性树脂之一，具有其良好的粘接性能、力学性能、耐中子和耐γ射线辐照损伤等性能。且环氧树脂中富含的氢元素，对快中子有良好的散射慢化能力。
3、目前，已经研究出纳米氧化钆/碳化硼/高密度聚乙烯、纳米氧化钆/纳米氮化硼/聚酰亚胺等多种纳米复合防护材料。尽管这些材料对热中子具有较好的屏蔽效果，但是大部分都是固体防护材料，主要在设备外围进行防护。而没有研究出一种超导带材，其上裹有在低温条件下仍有效屏蔽中子辐射的涂层。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种第二代高温超导带材及其制备方法，实现超导带材在低温下的中子屏蔽性能以及良好的力学性能。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种第二代高温超导带材，所述超导带材包括原始超导带材以及在其两面交替涂布的耐液氦温度的中子吸收涂层和中子反射涂层，其中位于原始超导带材表面的最内层为中子吸收涂层，最外层为中子反射涂层。
3、本发明提供的第二代高温超导带材的制备方法包括以下步骤：
4、s1、将中子吸收涂料涂布于(经过清洗预处理的)原始超导带材两面或上一步所得中子反射涂层上，固化后得到厚度为5～12.5μm的中子吸收涂层；
5、s2、在所得中子吸收涂层表面涂布中子反射涂料，固化后得到厚度为5～12.5μm的中子反射涂层；
6、s3、依次重复步骤s1和步骤s2，得到单面总层数为2～10层的耐液氦温度的中子屏蔽涂层。
7、作为一个实施方案，步骤s1中，所述中子吸收涂料主要由如下组分按质量百分比制备而成：环氧树脂35％-55％，改性中子吸收剂15％-30％，固化剂10％-25％，增韧剂5％-20％，稀释剂5％-15％，附着力促进剂1％-3％。
8、作为一个实施方案，所述改性中子吸收剂为gd2o3@t-bn@da双壳层核壳结构纳米粉末，核gd2o3的平均粒径为40～60nm，内壳层t-bn薄膜厚度为10～20nm，外壳层da的厚度为10～25nm。
9、作为一个实施方案，所述改性中子吸收剂具体制备方法为：
10、a1、将gd2o3纳米颗粒、溶解有硼酸和尿素的乙醇以及去离子水混合，超声分散1～2h；接着旋转蒸发溶剂，在70～80℃下真空干燥12～24h，500～700℃氮气流中加热5～8h后，球磨3～6h，然后在400～500℃下空气煅烧3～5h，洗涤、干燥得到t-bn包覆gd2o3(gd2o3@t-bn)纳米粉末；其中gd2o3纳米颗粒、硼酸、尿素质量比为1:(5～7):(10～20)；
11、a2、在盐酸缓冲溶液中加入gd2o3@t-bn纳米粉末，超声分散5～10h，然后加入巴胺盐酸盐，在60～80℃下搅拌5～10h；待反应结束后，离心、洗涤、干燥得到多巴胺(da)包覆改性gd2o3@t-bn(gd2o3@t-bn@da)纳米粉末；其中gd2o3@t-bn纳米粉末和多巴胺盐酸盐的质量比为(5～10):1。
12、作为一个实施方案，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂或双酚f型环氧树脂。
13、作为一个实施方案，所述固化剂为乙烯三胺、t-31、聚酰胺、乙二胺的一种或多种。
14、作为一个实施方案，所述增韧剂为液体聚硫橡胶、液体氯丁橡胶和端羧基液体丁腈橡胶中的一种或多种。
15、作为一个实施方案，所述稀释剂为正丁醇、丁酮、二甲苯中的一种或多种。
16、作为一个实施方案，附着力促进剂为有机硅烷类或者有机钛酸盐偶联剂。
17、作为一个实施方案，步骤s2中，所述中子反射涂料主要由如下组分按质量百分比制备而成：环氧树脂35％-60％，改性中子反射剂25％-40％，固化剂10％-25％，稀释剂5％-15％。
18、作为一个实施方案，所述改性中子反射剂为负载纳米氧化铍(beo)的氧化石墨烯(go)(beo@go)。通过将氧化石墨烯水溶液和硫酸铍水溶液超声混合处理并调节ph至碱性，然后加入到微波高压反应釜中以800～1000w的功率在150～200℃以及1～2mpa下反应30～60min后离心、洗涤、干燥制得，其中氧化石墨烯和硫酸铍的摩尔比为(5～10):1。
19、作为一个实施方案，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂或双酚f型环氧树脂。
20、作为一个实施方案，所述固化剂为乙烯三胺、t-31、聚酰胺、乙二胺的一种或多种。
21、作为一个实施方案，所述稀释剂为正丁醇、丁酮、二甲苯中的一种或多种。
22、作为一个实施方案，步骤s1、s2中，所述涂布采用的涂布设备为双面卷对卷连续涂布设备，涂布速度为0.1-1m/min。
23、作为一个实施方案，步骤s1、s2中，固化方式为热风烘道干燥固化。
24、作为一个实施方案，步骤s1、s2中，固化温度为20-50℃，固化环境压力小于30kpa。
25、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
26、1)本发明所添加的改性中子吸收剂gd2o3@t-bn@da双壳层核壳结构纳米粉末，不但改善了纳米颗粒在基体内部的分散性，提高了中子屏蔽的效果；还提高了涂层与铜基底之间的结合力，改善了界面相容性，减少了两相间孔隙，提高了中子屏蔽涂层的力学性能，确保涂层在超低温下能够稳定工作，不会脱落；
27、2)本发明所添加的改性中子反射剂beo@go，beo分散在层层叠叠的石墨烯片上，可多次散射中子，增强中子屏蔽能力；
28、3)本发明体系中，最外层的中子反射层将中子反射出去或者通过散射中子降低中子能量，最里层的中子吸收涂层作为最后一层防护原始超导层的屏障，尽可能地吸收剩余的热中子。中子反射层与中子吸收层交替涂布，可以更有效地引导和控制中子的运动；
29、4)本发明的涂层分多次涂布，可以不增加应力，从而提高带材的柔韧性和附着力；
30、5)相对于其他中子防护涂层或复合材料，本发明优化对纳米氧化钆、氮化硼和环氧树脂等成分的比例和结构(gd2o3@t-bn@da、beo@go)进行了优化，从而提高屏蔽性能；
31、6)本发明在低温条件下仍有效屏蔽中子辐射，这主要针对于超导带材在托克马克装置中的应用场景；而且由于超导带材的特殊性，小部分未被屏蔽的中子或γ射线反而会提高超导带材的超导电性能；
32、7)本发明制得的超导带材的中子和γ射线屏蔽性能良好；经过中子源和伽马源辐照后，该超导带材的在场性能表现出色；反复冷热循环后未脱粘，力学性能表现良好。
1.一种第二代高温超导带材，其特征在于，所述超导带材包括原始超导带材以及在其两面交替涂布的耐液氦温度的中子吸收涂层和中子反射涂层，其中位于原始超导带材表面的最内层为中子吸收涂层，最外层为中子反射涂层。
2.一种根据权利要求1所述的第二代高温超导带材的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的第二代高温超导带材的制备方法，其特征在于，所述中子吸收涂料主要由如下组分按质量百分比制备而成：环氧树脂35％-55％，改性中子吸收剂15％-30％，固化剂10％-25％，增韧剂5％-20％，稀释剂5％-15％，附着力促进剂1％-3％。
4.根据权利要求3所述的第二代高温超导带材的制备方法，其特征在于，所述改性中子吸收剂为gd2o3@t-bn@da双壳层核壳结构纳米粉末，核gd2o3的平均粒径为40～60nm，内壳层t-bn薄膜厚度为10～20nm，外壳层da的厚度为10～25nm。
5.根据权利要求4所述的第二代高温超导带材的制备方法，其特征在于，所述改性中子吸收剂是通过包括如下步骤的方法制备而得：
6.根据权利要求3所述的第二代高温超导带材的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂或双酚f型环氧树脂，所述固化剂为乙烯三胺、t-31、聚酰胺、乙二胺的一种或多种，所述增韧剂为液体聚硫橡胶、液体氯丁橡胶和端羧基液体丁腈橡胶中的一种或多种，所述稀释剂为正丁醇、丁酮、二甲苯中的一种或多种，附着力促进剂为有机硅烷类或者有机钛酸盐偶联剂。
7.根据权利要求2所述的第二代高温超导带材的制备方法，其特征在于，所述中子反射涂料主要由如下组分按质量百分比制备而成：环氧树脂35％-60％，改性中子反射剂25％-40％，固化剂10％-25％，稀释剂5％-15％。
8.根据权利要求7所述的第二代高温超导带材的制备方法，其特征在于，所述改性中子反射剂为负载纳米氧化铍的氧化石墨烯(beo@go)；通过将氧化石墨烯水溶液和硫酸铍水溶液超声混合处理并调节ph至碱性，然后加入到微波高压反应釜中以800～1000w的功率在150～200℃以及1～2mpa下反应30～60min后离心、洗涤、干燥制得，其中氧化石墨烯和硫酸铍的摩尔比为(5～10):1。
9.根据权利要求7所述的第二代高温超导带材的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂或双酚f型环氧树脂，所述固化剂为乙烯三胺、t-31、聚酰胺、乙二胺的一种或多种，所述稀释剂为正丁醇、丁酮、二甲苯中的一种或多种。
10.根据权利要求2所述的第二代高温超导带材的制备方法，其特征在于，步骤s1、s2中，所述涂布采用的涂布设备为双面卷对卷连续涂布设备，涂布速度为0.1-1m/min；固化方式为热风烘道干燥固化，固化温度为20-50℃，固化环境压力小于30kpa。
