摘要：超導(dǎo)材料憑借其獨(dú)有的特性而被應(yīng)用在電子通信、電力能源、醫(yī)療設(shè)備、交通運(yùn)輸、高能物理、機(jī)械工程及軍事等多個(gè)領(lǐng)域。目前全球超導(dǎo)市場以低溫超導(dǎo)為主，國內(nèi)低溫超導(dǎo)材料及應(yīng)用占超導(dǎo)市場總量的九成以上，高溫超導(dǎo)材料仍處于商業(yè)化初期，未來超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用空間是星辰大海；

超導(dǎo)型MRI設(shè)備磁場均勻性和穩(wěn)定性好，對人體多種重大疾病影像診斷有重大意義。

采用NbTi超導(dǎo)磁體的第五代單晶爐有望為MCZ技術(shù)打造第二成長曲線。

隨著聯(lián)創(chuàng)光電研發(fā)生產(chǎn)的首臺兆瓦級高溫超導(dǎo)感應(yīng)加熱裝置進(jìn)入投產(chǎn)階段，未來YBCO高溫超導(dǎo)帶材的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程有望隨超導(dǎo)感應(yīng)加熱領(lǐng)域應(yīng)用滲透加速而實(shí)現(xiàn)量變式的突破。

目前我國已在上海、深圳等多個(gè)城市建設(shè)了高溫超導(dǎo)電纜示范工程，并在負(fù)荷熱點(diǎn)區(qū)域成功實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。

2023年3月，由中車長客自主研制的國內(nèi)首套高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮全要素試驗(yàn)系統(tǒng)完成首次懸浮運(yùn)行，超導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)的發(fā)展將對我國高速交通系統(tǒng)起到重要的補(bǔ)充作用。

當(dāng)今可控核聚變研究的最終目標(biāo)是建成資源極其豐富、經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)異、安全可靠、無環(huán)境污染的核聚變電站，使之成為人類未來的永久能源。

相關(guān)企業(yè)：

(1)超導(dǎo)材料環(huán)節(jié)：西部超導(dǎo)、永鼎股份、百利電氣；

(2)超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)：聯(lián)創(chuàng)光電、國光電氣、晶盛機(jī)電、聯(lián)影醫(yī)療。

超導(dǎo)應(yīng)用是星辰大海

超導(dǎo)材料是指在一定的溫度下，具有完全導(dǎo)電性（直流電阻為0）和完全抗磁性的材料。超導(dǎo)體憑借其強(qiáng)大的特性而被應(yīng)用在電子通信、電力能源、醫(yī)療設(shè)備、交通運(yùn)輸、高能物理、機(jī)械工程及軍事等多個(gè)領(lǐng)域，超導(dǎo)技術(shù)在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的戰(zhàn)略性發(fā)展將極大地滿足一國的安全需求、社會發(fā)展需求、能源戰(zhàn)略需求。

自超導(dǎo)體在20世紀(jì)初期被發(fā)現(xiàn)以來，作為前沿新材料，無論是其材料本身的更新迭代，還是下游應(yīng)用端的創(chuàng)新和突破，超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的相關(guān)進(jìn)展一直牽動(dòng)著全球各界的目光，尋找能大規(guī)模應(yīng)用的室溫超導(dǎo)是當(dāng)今超導(dǎo)研究人員的心之所向。

目前已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的超導(dǎo)材料包括低溫超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)兩大類，按照超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度(Tc)，可將低溫超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)加以劃分:Tc＜25K的超導(dǎo)材料稱為低溫超導(dǎo)材料（25K約為-248.15℃），目前已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的包括NbTi（鈮鈦，Tc=9.5K）和Nb3Sn（鈮三錫，Tc=18k）。由

于NbTi和Nb3Sn具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能和成本優(yōu)勢,其制備技術(shù)與工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟。目前低溫超導(dǎo)的下游應(yīng)用主要包括磁共振成像儀(MRI)、磁控直拉單晶硅技術(shù)(MCZ)、核磁共振譜儀(NMR)、質(zhì)子加速器、核聚變實(shí)驗(yàn)堆等，基于低溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用裝置一般工作在液氦溫度(約4.2K)，是目前最主要的實(shí)用化超導(dǎo)材料;

Tc≥25K的超導(dǎo)材料為高溫超導(dǎo)材料，具備實(shí)用價(jià)值的主要包括鉍系(例如Bi-Sr-Ca-Cu-O,BSCCO,Tc=110K)、釔系(例如Y-Ba-Cu-O,YBCO.Tc=92K)、MgB2超導(dǎo)材料(Tc=39K)、鐵基超導(dǎo)材料等。目前高溫超導(dǎo)的下游終端應(yīng)用主要包括磁感應(yīng)加熱爐、可控核聚變、超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)濾波器等，基于高溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用裝置一般工作在液氫溫度(約20K)至液氮溫度(約77K)。

據(jù)《中國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，目前國內(nèi)超導(dǎo)市場以低溫超導(dǎo)為主，低溫超導(dǎo)材料及應(yīng)用占超導(dǎo)市場總量的90%以上，高溫超導(dǎo)材料仍處于商業(yè)化初期，未來超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用空間是星辰大海。經(jīng)過數(shù)十年的潛心發(fā)展，我國已成為國際超導(dǎo)材料和應(yīng)用技術(shù)研發(fā)的中堅(jiān)力量，目前已基本掌握了各種實(shí)用化超導(dǎo)材料的制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低溫超導(dǎo)材料的商業(yè)化生產(chǎn)。

我國MRI提升空間大，國產(chǎn)替代有望加速

醫(yī)學(xué)影像方面，磁共振成像技術(shù)(MRI)是一種先進(jìn)的人體無損成像技術(shù)，被譽(yù)為“尖端醫(yī)療設(shè)備皇冠上的明珠”，對于人體多種重大疾病影像診斷有重大意義。MRI通過利用核磁超導(dǎo)型MRI設(shè)備磁場均勻性和穩(wěn)定性好,對人體多種重大疾病影像診斷有重大意義。

據(jù)華經(jīng)情報(bào)網(wǎng)，2022年我國每百萬人口MRI擁有量僅約9.38臺，遠(yuǎn)低于日本的57.4臺，美國、希臘、韓國、德國、意大利、芬蘭和挪威等國的百萬人MRI設(shè)備保有量均在30臺以上，和歐美發(fā)達(dá)國家相比仍存在較大缺口。未來我國MRI設(shè)備保有量提升空間較大，預(yù)計(jì)2021-2025年CAGR達(dá)14.2%。隨著國內(nèi)超導(dǎo)MRI設(shè)備廠商技術(shù)日漸成熟，未來國產(chǎn)MRI的持續(xù)放量將穩(wěn)步拉動(dòng)對NbTi低溫超導(dǎo)磁體的需求。

光伏領(lǐng)域再造MCZ第二成長曲線

光伏領(lǐng)域方面，目前12英寸半導(dǎo)體硅片產(chǎn)品成為主流,MCZ技術(shù)已在半導(dǎo)體領(lǐng)域成熟應(yīng)用。目前采用超導(dǎo)磁體提供5000Gs穩(wěn)定磁場的MCZ技術(shù)是國際生產(chǎn)12英寸大尺寸半導(dǎo)體級單晶硅的最主要方法。2023年5月，晶盛機(jī)電推出第五代單晶爐，將超導(dǎo)磁場技術(shù)導(dǎo)入光伏領(lǐng)域，打開低氧N型晶體生長工藝窗口。

我國半導(dǎo)體和光伏單晶硅行業(yè)市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)容，為MCZ長晶爐奠定市場增量基礎(chǔ)。我國半導(dǎo)體單晶硅行業(yè)市場規(guī)模由2017年的47億元增長至2021年的103億元，年均復(fù)合增長率為22%。大尺寸半導(dǎo)體級單晶硅的技術(shù)迭代升級需求，將加速國產(chǎn)化替代并拉動(dòng)MCZ市場的發(fā)展。采用NbTi超導(dǎo)磁體的第五代單晶爐有望為MCZ技術(shù)打造第二成長曲線。

超導(dǎo)感應(yīng)加熱裝置拉開高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)化序幕

高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)方面，當(dāng)前大中型交流感應(yīng)加熱技術(shù)仍有較大的效率提升空間，進(jìn)而催生了具有高效節(jié)能、加熱質(zhì)量高的超導(dǎo)感應(yīng)加熱需求。

高效節(jié)能：傳統(tǒng)工頻爐消耗大量熱能在產(chǎn)生磁場的銅線圈上，未充分注入工件，加熱效率不到50%。超導(dǎo)感應(yīng)加熱因零電阻特性，僅在產(chǎn)生強(qiáng)磁場時(shí)有低溫?fù)p耗，加上機(jī)械損耗，總損耗不超20%，可將加熱能效大幅提升至80%以上。以一條大型鋁擠壓生產(chǎn)線為例，可用1MW超導(dǎo)爐替代傳統(tǒng)2.5MW工頻爐，年節(jié)電約600萬度。

加熱質(zhì)量高：錠料幅向加熱均勻且軸向溫度梯度準(zhǔn)確可控。傳統(tǒng)的交流感應(yīng)加熱爐通常采用大于工頻(50Hz)交流電，因?yàn)榧w效應(yīng)，產(chǎn)生的渦流主要分布在錠料表面，錠料的幅向加熱效果的均勻性不佳。超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱，可通過調(diào)整錠料的速度和增大磁場的強(qiáng)度,增大渦流效應(yīng)的透入深度以實(shí)現(xiàn)更均勻的幅向溫度，目前錠料的轉(zhuǎn)速控制為240~720rpm(相當(dāng)于4~12Hz)，相對于傳統(tǒng)加熱爐可以得到更深入、更均勻的軸向溫度分布。

隨著聯(lián)創(chuàng)光電研發(fā)生產(chǎn)的首臺兆瓦級高溫超導(dǎo)感應(yīng)加熱裝置進(jìn)入投產(chǎn)階段，未來YBCO高溫超導(dǎo)帶材的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程有望隨超導(dǎo)感應(yīng)加熱領(lǐng)域應(yīng)用滲透加速而實(shí)現(xiàn)量變式的突破。

超導(dǎo)輸電電纜示范工程加速推進(jìn)

電力應(yīng)用方面，超導(dǎo)電纜具有損耗低、截流能力大、體積小、環(huán)境污染小、電磁和噪聲污染小等優(yōu)點(diǎn)，是解決大容量、低損耗輸電的重要途徑之一。目前我國已在上海、深圳等多個(gè)城市建設(shè)了高溫超導(dǎo)電纜示范工程，并在負(fù)荷熱點(diǎn)區(qū)域成功實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。據(jù)貝斯哲咨詢，預(yù)計(jì)2022-2028年全球超導(dǎo)電纜市場規(guī)模CAGR為17.4%。隨著YBCO高溫超導(dǎo)帶材的產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)和相應(yīng)的單位降本逐步兌現(xiàn)，未來超導(dǎo)電纜有望實(shí)現(xiàn)從示范項(xiàng)目到商業(yè)化應(yīng)用的跨越，從而拉開高溫超導(dǎo)電纜的商業(yè)化序幕。

超導(dǎo)磁懸浮有望豐富高速交通體系

交通運(yùn)輸方面，磁懸浮列車?yán)秒姶盼虺饬韺?shí)現(xiàn)列車與軌道之間的無接觸懸浮和導(dǎo)向，再利用直線電機(jī)產(chǎn)生的電磁力牽引列車運(yùn)行。克服了輪軌交通運(yùn)輸在磨損、速度與噪音等方面遭遇的種種障礙，其具備的高速度、低噪聲、低能耗等特點(diǎn)使其能在相同站間距離條件下達(dá)到更高的運(yùn)營速度，減少旅行時(shí)間；

2023年3月，由中車長客自主研制的國內(nèi)首套高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮全要素試驗(yàn)系統(tǒng)完成首次懸浮運(yùn)行，超導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)的發(fā)展將對我國高速交通系統(tǒng)起到重要的補(bǔ)充作用。第二代高溫超導(dǎo)ReBCO帶材繞制而成的超導(dǎo)磁體具有結(jié)構(gòu)緊湊、磁場強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，有望為高速電動(dòng)懸浮應(yīng)用提供廣闊前景。

可控核聚變助力人類未來能源夢

核動(dòng)力方面當(dāng)今可控核聚變研究的最終目標(biāo)是建成資源極其豐富、經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)異、安全可靠、無環(huán)境污染的核聚變電站，使之成為人類未來的永久能源。隨著我國在2006年加入國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)項(xiàng)目，并啟動(dòng)中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆項(xiàng)目(CFETR)，未來我國可控核聚變技術(shù)路線將依然以聚變工程試驗(yàn)堆為基石，兼顧示范堆(DEMO)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo),進(jìn)而形成對聚變電站相關(guān)問題研究的完整聚變路線。未來超導(dǎo)托卡馬克裝置將對低溫和高溫超導(dǎo)材料形成萬噸級市場需求。

結(jié)尾

超導(dǎo)材料的性能之獨(dú)特、應(yīng)用面之廣，無不催生了世界各地學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對其的研究熱潮。當(dāng)前已得到產(chǎn)業(yè)化的低溫超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)材料均具備十分廣闊的應(yīng)用前景，多個(gè)下游應(yīng)用正處于商業(yè)化應(yīng)用初期或從0到1的突破階段。隨著超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)進(jìn)展頻頻，相關(guān)材料和應(yīng)用領(lǐng)域的探索和突破將吸引更多科研力量的投入，有望加速推進(jìn)現(xiàn)有超導(dǎo)材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程以及新型超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)。