本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种复合碳纳米管超导芯线材结构及其制备方法。
背景技术：
目前，超导体已经广泛应用在日常生活的方方面面。例如，它们是核磁共振成像仪器和磁悬浮列车中的必要组件；还可用于制造传输和储存能量长达数百万年的电力线路及装置等等。
传统输电电缆由于受电阻影响，电流密度只有300－400a/cm2，而高温超导电缆的电流密度可超过10000a/cm2，其传输容量比传统电缆要高5倍左右，功率损耗仅相当于后者的百分之四十，可以极大地提高电网的效率、输配电密度、稳定性、可靠性及安全性，改善电能质量。
但是超导输电电缆存在失超问题，影响输电安全。
中国专利申请号为201410023199.x的一篇专利文献公开了一种适用于高温超导磁体技术的高温超导导体结构，包括有高温超导带组件、稳定铜基材、不锈钢结构增强层、液态气体冷却孔、超导带组件固定层和导体绝缘结构。能够在满足液氦以上温区大电流稳定传输的前提下，实现多层高温超导带的叠加绕制成型；同时，可以满足高温超导体在运行时的低温冷却、结构强度和失超安全卸载等要求，其特殊结构特点可以保证高温导体在失超等故障情况下电流的安全泄放，最终可以作为装配导体运用于高温超导磁体。然而，这种高温超导导体结构十分复杂。
针对目前传统超导输电电缆存在抗失超、抗拉能力较弱等问题，实有必要提出一种新的超导体结构和技术以解决或改善这些问题。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术，本发明的目的在于提供一种复合碳纳米管超导芯线材结构及其制备方法，用于解决现有技术中的传统超导输电电缆存在抗失超、抗拉能力较弱等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种复合碳纳米管超导芯线材结构，包括：
超导体芯线材；
包裹所述超导体芯线材的金属层；
以及包裹所述金属层的碳纳米管层。
可选地，所述超导体芯线材采用的材料为nbti。
可选地，所述超导体芯线材的直径为1μm～1mm。
可选地，所述金属层采用的材料为铜或银。
可选地，所述金属层厚度为4.5μm～4.5mm。
可选地，所述碳纳米管层为单层或多层碳纳米管薄膜。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种复合碳纳米管超导芯线材结构的制备方法，包括以下步骤：
提供表面包裹有金属层的超导体芯线材；
采用化学气相沉积的方法在所述金属层表面形成包裹所述金属层的碳纳米管层。
可选地，所述超导体芯线材采用的材料为nbti。
可选地，所述金属层采用的材料为铜或银。
可选地，采用化学气相沉积的方法在所述金属层表面形成包裹所述金属层的碳纳米管层，包括以下步骤：
将所述金属层加热至800-1200℃；
通入烃类气体，在所述金属层表面生长单层或多层碳纳米管薄膜，从而形成碳纳米管层。
进一步可选地，所述烃类气体包括ch4、c2h4、c2h2中的一种或多种。
进一步可选地，采用化学气相沉积的方法在所述金属层表面形成包裹所述金属层的碳纳米管层时，通入氢气。
进一步可选地，采用化学气相沉积的方法在所述金属层表面形成包裹所述金属层的碳纳米管层时，在反应腔体内，通过移动装置，使表面包裹有金属层的超导体芯线材连续匀速移动，从而形成包裹了碳纳米管层的线材。
进一步可选地，采用化学气相沉积的方法在所述金属层表面形成包裹所述金属层的碳纳米管层时，在反应腔体内，通过转动装置，使表面包裹有金属层的超导体芯线材连续匀速转动，从而形成均匀包裹所述金属层的碳纳米管层。
如上所述，本发明的复合碳纳米管超导芯线材结构及其制备方法，具有以下有益效果：
本发明的复合碳纳米管超导芯线材结构，具备超强的抗失超、抗拉能力。
当发送超导体失超时，由于碳纳米管层具备优越的导电及导热能力，可以将输电线线上的大电流及时导通输送，并且及时散发掉热量，使超导体快速恢复超导电性，使输电线路更加安全可靠。该结构保证了超导体在失超等故障情况下电流的安全泄放，最终可以作为装配导体运用于超导磁体及超导输电电缆装置。
附图说明
图1a和图1b显示为本发明实施例提供的复合碳纳米管超导芯线材结构的示意图。
图2显示为本发明实施例提供的复合碳纳米管超导芯线材结构的制备方法流程图。
图3显示为本发明实施例提供的复合碳纳米管超导芯线材结构的制备过程示意图。
元件标号说明
101超导体芯线材
102金属层
103碳纳米管层
s1-s2步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
为了解决现有技术中的传统超导输电电缆存在抗失超、抗拉能力较弱等问题，本实施例将提供一种复合碳纳米管超导芯线材结构，具备超强的抗失超、抗拉能力。
请参阅图1a和图1b，本实施例提供一种复合碳纳米管超导芯线材结构，包括：
超导体芯线材101；
包裹所述超导体芯线材101的金属层102；
以及包裹所述金属层102的碳纳米管层103。
本实施例中，所述超导体芯线材101采用的材料可以为nbti，或其他适合的超导材料。所述超导体芯线材101的直径可以为1μm～1mm。
本实施例中，所述金属层102采用的材料可以为铜或银，或其他适合的金属基材。所述金属层102的厚度可以为4.5μm～4.5mm；即所述金属层102包裹了所述超导体芯线材101之后的整体直径可以为10μm～10mm。
本实施例中，所述碳纳米管层103可以为单层或多层碳纳米管薄膜。
如图1b所示，该复合碳纳米管超导芯线材结构由内到外包括三层材料，由于最外层的碳纳米管层103很薄，该线材结构的直径约为10μm～10mm。
请参阅图2，本实施例还提供一种上述复合碳纳米管超导芯线材结构的制备方法，包括以下步骤：
s1提供表面包裹有金属层102的超导体芯线材101；
s2采用化学气相沉积的方法在所述金属层102表面形成包裹所述金属层102的碳纳米管层103。
在步骤s1中，超导体芯线材101可以采用nbti；金属层102可以采用铜或银。这种铜或银/超导体芯的线材的制作工艺已为本领域技术人员习知，故在此不做赘述。
在步骤s2中，采用化学气相沉积的方法在所述金属层102表面形成包裹所述金属层102的碳纳米管层103，具体地，可以包括以下步骤：
s21将所述金属层102加热至800-1200℃；
s22通入烃类气体，在所述金属层102表面生长单层或多层碳纳米光薄膜，从而形成碳纳米管层103。
其中，所述烃类气体可以包括ch4、c2h4、c2h2中的一种或多种。
本实施例采用化学气相沉积的方法在所述金属层102表面形成包裹所述金属层102的碳纳米管层103的制备过程，如图3所示。
可以通过加热底盘或类似装置，将表面包裹有金属层102的超导体芯线材101进行加热；接着把甲烷ch4，或c2h4，或c2h2和氢气通入到反应腔体内；在高温下，甲烷分解生成的碳原子会吸附在铜基表面最后会得到连续的、只有原子厚度的单层或多层碳纳米管薄膜。
此外，为了便于获得连续的线材，在反应腔体内，可以通过移动装置使表面覆盖有金属层102的超导体芯线材101连续匀速移动，实现连续沉积加工，从而形成包裹了碳纳米管层103的线材。
另外，在反应腔体内，还可以通过转动装置，使表面包裹有金属层102的超导体芯线材101连续匀速转动，从而形成均匀包裹所述金属层102的碳纳米管层103。
本发明的复合碳纳米管超导芯线材结构，由于采用了碳纳米管层，具备超强的抗失超、抗拉能力。
当发送超导体失超时，由于碳纳米管层具备优越的导电及导热能力，可以将输电线线上的大电流及时导通输送，并且及时散发掉热量，使超导体快速恢复超导电性，使输电线路更加安全可靠。其特殊结构特点可以保证超导体在失超等故障情况下电流的安全泄放，最终可以作为装配导体运用于超导磁体及超导输电电缆装置。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。