近日,我国超导材料研究连续取得两项重大突破。中科院电工研究所成功制备出载流性能指标创纪录的新型线材,中国科学技术大学陈仙辉团队发现高压诱导的高温超导电性、拓展了镍基高温超导体材料家族;这些突破不仅展示了我国在超导材料领域的领先地位,更为新材料行业带来了前所未有的发展看点。
新型超导材料问世
超导材料是指在特定低温条件下下电阻为零且完全抗磁性的特殊导体。这类材料能够实现电流的无损耗传输,在能源、医疗、交通及高端制造等领域具有革命性潜力。根据临界温度的不同,超导材料可分为低温超导材料(LTS,临界温度<25K)和高温超导材料(HTS,临界温度≥25K),其中低温超导材料以铌钛(NbTi)和铌三锡(Nb₃Sn)合金为代表,高温超导材料则包括铜氧化物(如BSCCO、YBCO)和铁基超导材料等体系。
近日,我国科学家在该领域取得重大突破:
中国科学院电工研究所成功开发出一种铁基超导材料制备技术,制备出高载流性能的铁基超导材料,其载流性能指标创下新纪录;中国科学技术大学陈仙辉团队与业内科研机构合作,成功合出一种新型混合结构镍酸盐单晶材料La₅Ni₃O₁₁,并在高压下观察到零电阻温度为54K的超导转变,这是目前镍基超导体中报道的最高零电阻温度之一。
这些突破不仅提升了超导材料的临界温度和载流能力,还为解决高温超导机理问题提供了新视角,标志着我国在超导材料前沿研究领域保持国际领先地位。
应用场景解析
超导材料具有独特的绝对零电阻、完全抗磁等物理特性;在需要突破传统功能材料电磁能力极限的地方,超导材料具有不可替代的作用,超导技术也正在推动能源、医疗、交通等领域向高效化、小型化发展。
①能源电力:超导材料可用于制造超导电缆、超导限流器和变压器,显著提升电网效率。
②医疗影像:用于核磁共振成像(MRI)的超导磁体,生成高精度人体图像。
③交通运输:磁悬浮列车依靠超导磁体实现悬浮与推进,降低摩擦能耗。
④科研装置:大型粒子对撞机(如LHC)需超导磁体引导粒子束,支撑前沿物理研究。
⑤电子信息:超导量子干涉器件(SQUID)用于极高灵敏度测量,在通信和计算领域潜力巨大。
对于建材行业,超导材料的应用可以促进智能建筑和绿色建材的发展,例如超导电缆可用于建筑电力系统的无损传输,超导磁体可用于建筑结构健康监测系统,提升安全性和能效。
在新材料领域,超导材料是战略性新兴产业的核心,其突破将带动上下游产业链升级,例如高温超导材料可用于开发更高效的能源存储设备和智能家居系统,推动新材料行业向高性能、低能耗方向转型。
产业链概览
超导材料产业链可分为上游矿产资源、中游材料制备和下游应用三个环节,形成了一条技术密集、附加值高的产业生态链。
上游聚焦稀土、铌、铜、镍等矿产资源,其中稀土是高温超导REBCO带材的关键原料,铌则为低温超导NbTi/Nb₃Sn的核心组分;我国在稀土和稀有金属资源方面具有优势,为超导材料生产提供了稳定保障。
中游是产业链的核心,涉及超导材料的研发与制造,分为低温超导(如铌钛合金)和高温超导(如铁基、钇系材料)两类。国内企业如西部超导、永鼎股份等已实现低温超导材料的商业化生产,而高温超导仍处于产业化初期、但技术突破持续加速。
下游应用覆盖能源、医疗、交通、科技等多个领域,包括超导电缆(电力传输)、MRI设备(医疗)、磁悬浮列车(交通)以及量子计算(科研)等。随着超导材料成本的降低和性能的提升,下游市场空间有望进一步扩大,形成良性循环。
相关上市公司
西部超导
西部超导是全球低温超导材料细分龙头,是唯一实现铌钛锭棒、超导线材、超导磁体的全流程生产企业。国内低温超导材料市占率超95%,为ITER项目独家供应中央螺线管超导线材。
永鼎股份
永鼎股份是国内唯一量产第二代高温超导带材企业,采用IBAD&MOCVD技术路线,产品应用于ITER项目及能量奇点“洪荒70”装置;旗下东部超导专注聚变应用产品。
东方钽业
国内最大钽铌产品基地,掌握高纯超导铌材及射频超导腔制造,市占率全球领先,产品广泛用于核聚变、粒子加速器等领域。
联创光电
高温超导磁体技术领先者,其自主研制的世界首台兆瓦级高温超导感应加热设备已于2023年投产,整体技术达到国际领先水平。2024年中标中核集团核聚变装置配套订单。
中天科技
中天科技高温超导电缆与限流器技术领先,并成功应用于全球首条千米级超导示范线路;控股子公司中天超导拥有“超导材料-磁体-设备”全链条研发基地。
法尔胜
控股国内首家超导线材企业北京英纳超导,掌握铋系超导线材专利,具备材料-应用一体化能力。
趋势展望
业界分析认为,未来超导材料发展趋势有三:一是继续提高临界温度,攻关常压高温超导材料;二是拓扑超导实用化,构建容错量子比特;三是高温超导带材规模化降本,推动核聚变、电网、磁悬浮等强电应用进入“平价”阶段,打开百亿级市场。
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