2023年中國(guó)超導(dǎo)材料行業(yè)概覽：立足科技前沿滿足能源戰(zhàn)略需求（摘要版） -頭豹

3/032023年中國(guó)超導(dǎo)材料行業(yè)概覽：立足科技前沿，滿足能源戰(zhàn)略需求ChinaSuperconductingMaterialsIndustry 報(bào)告標(biāo)簽：低溫超導(dǎo)、高溫超導(dǎo)、室溫超導(dǎo)報(bào)告提供的任何內(nèi)容(包括但不限于數(shù)據(jù)、文字、圖表、圖像等)均系頭豹研究院獨(dú)有的高度機(jī)密性文件 (在報(bào)告中另行標(biāo)明出處者除外)。未經(jīng)頭豹研究院事先書面許可，任何人不得以任何方式擅自復(fù)制、再律措施、追究相關(guān)人員責(zé)任的權(quán)利。頭豹研究院開展的所有商業(yè)活動(dòng)均使用“頭豹研究院”或“頭豹”的商號(hào)、商標(biāo)，頭豹研究院無(wú)任何前述名稱之外的其他分支機(jī)構(gòu)，也未授權(quán)或聘用其他任何第三方代表頭豹研究院開展商業(yè)活動(dòng)。22400-072-5588頭豹市場(chǎng)研讀|2023/03某一臨界溫度(Tc)時(shí)電阻突然消失，電流可以在其間無(wú)損耗流動(dòng)的現(xiàn)象，具備這種特性的材料則目前全球超導(dǎo)市場(chǎng)以低溫超導(dǎo)為主，國(guó)內(nèi)低溫超導(dǎo)材料及應(yīng)用占超導(dǎo)市場(chǎng)總量的90%以上，??超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)表現(xiàn)如何？上游原材料行業(yè)高溫超導(dǎo)原材料主要包括各類礦產(chǎn)資源，是超導(dǎo)行業(yè)的基礎(chǔ)。釔礦資源，鋇礦資源占超導(dǎo)材料30%左右的成本，而超導(dǎo)材料占超導(dǎo)產(chǎn)品應(yīng)用40%-50%的成本。產(chǎn)業(yè)鏈中游是超導(dǎo)材料如YBCO和BSCCO等帶材，是超導(dǎo)行業(yè)的核心。中游的超導(dǎo)材料是超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈中毛利率最高的環(huán)節(jié)，毛利率水平達(dá)到50%以上。產(chǎn)業(yè)鏈高溫超導(dǎo)下游應(yīng)用產(chǎn)品如超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)濾波的毛利率相對(duì)較低，約30%左右。??室溫超導(dǎo)能否帶來(lái)新一輪能源革命？室溫超導(dǎo)技術(shù)主要利用量子相干(quantumcoherence)來(lái)實(shí)現(xiàn)磁性超導(dǎo)。而量子相干是一種能夠讓粒子的間隔非常小，以至于其行為特別一致的效應(yīng)。由此可以生成幾乎沒(méi)有阻力(resistance)的流體，這意味著能夠通過(guò)物理方式傳遞能量、動(dòng)能和其他形式的信息。室溫超導(dǎo)技術(shù)如果能夠?qū)崿F(xiàn)，將會(huì)對(duì)許多行業(yè)產(chǎn)生重大影響。然而，目前這項(xiàng)技術(shù)仍處于研究階段，需要進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)才能真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。頭豹市場(chǎng)研讀|2023/03?精華摘要料的分類室溫年份臨界溫度(K)料類型料特性物Tc=18k)技術(shù)高高 特鉍系(例如Bi-Sr-Ca-Cu-釔系(例如Y-Ba-Cu-O，YBCO，Tc=92K)和MgB超導(dǎo)材料 超導(dǎo)材料屬藝量等段?根據(jù)超導(dǎo)材料的臨界溫度，可將超導(dǎo)材料分為低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料。一般認(rèn)為，Tc<25K的超導(dǎo)材料稱為低溫超導(dǎo)材料，目前已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的包括NbTi(Tc=9.5K)和Nb3Sn(Tc=18k)；Tc≥25K的超導(dǎo)材料稱為高溫超導(dǎo)材料，有實(shí)用價(jià)值的主要有鉍系(例如Bi2Sr2Ca2Cu3O7-δ，Tc=110K)、釔系 (例如YBa2Cu3O7-δ，Tc=92K)和MgB2(Tc=40K)材料等。有實(shí)用價(jià)值的鉍系和釔系高溫超導(dǎo)材料屬于氧化物陶瓷，在制造工藝上必須克服加工脆性、氧含量的精確控制及與基體反應(yīng)等問(wèn)題，因此價(jià)格昂目前尚處于研發(fā)階段。而以NbTi和Nb3Sn為代表的低溫超導(dǎo)材料，由于其具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能和成本優(yōu)勢(shì)，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)仍將在商業(yè)化超導(dǎo)市場(chǎng)中處于主導(dǎo)地位。上圖展示了自超導(dǎo)現(xiàn)象問(wèn)世以來(lái)發(fā)現(xiàn)的一些典型的超導(dǎo)體及其晶體結(jié)構(gòu)，橫軸為發(fā)現(xiàn)的年代，縱軸為超導(dǎo)臨界溫度Tc。來(lái)源：頭豹研究院400-072-5588頭豹市場(chǎng)研讀|從產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，上游是礦產(chǎn)資源，中游是超導(dǎo)材料如NbTi和YBCO等帶材，是超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈中毛利率最高的環(huán)節(jié)，毛利率水平達(dá)到50%以上；下游是超導(dǎo)應(yīng)用產(chǎn)品，是超導(dǎo)行業(yè)的載體業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈材料上游原材料行業(yè)高溫超導(dǎo)原材料主要包括各類礦產(chǎn)資源，具體涉及的金屬元素諸如鉍(Bi)材料上游原材料行業(yè)高溫超導(dǎo)原材料主要包括各類礦產(chǎn)資源，具體涉及的金屬元素諸如鉍(Bi)、鍶(Sr)、釔(Y)、鋇(Ba)、硼(B)等以及鑭(La)等稀土元素，是超導(dǎo)行業(yè)的基礎(chǔ)。釔礦資源，鋇礦資源占超導(dǎo)材料30%左右的成本，而超導(dǎo)材料占超導(dǎo)產(chǎn)品應(yīng)用40%-50%的成低溫超導(dǎo)線材行業(yè)對(duì)原材料的消耗量并不大，因此上游原材料對(duì)超導(dǎo)線材行業(yè)的影響并不明顯，超導(dǎo)線材行業(yè)的發(fā)展主要取決于技術(shù)進(jìn)步鍶礦YBCO帶材礦低溫超導(dǎo)原材料NbTiNb3SnNbTiNb3Sn超導(dǎo)帶材料是超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈中毛利率最高的環(huán)節(jié)，毛利率水平達(dá)到50%料主要是依賴于美國(guó)和日本進(jìn)、漢纜股份有涉及發(fā)。超導(dǎo)磁體是由超導(dǎo)線材繞制而成的能產(chǎn)生線圈，并包括其運(yùn)行所必要的低溫恒溫容器 超導(dǎo)磁體BSCCOYBCOBSCCOYBCOMgB2超導(dǎo)線材、鐵基超導(dǎo)體超導(dǎo)應(yīng)用產(chǎn)品(部分超導(dǎo)應(yīng)用產(chǎn)品(部分處于研發(fā)階段)超導(dǎo)設(shè)備(MRI超導(dǎo)設(shè)備(MRI、NMR、電力裝備等)產(chǎn)業(yè)鏈高溫超導(dǎo)下游應(yīng)用產(chǎn)品如超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)濾波的毛利率相對(duì)較低，約30%左右，不過(guò)這部分業(yè)務(wù)是目前國(guó)內(nèi)公著磁共振成像儀(MRI)、磁控直拉MCZNMR子加速器、核聚變實(shí)驗(yàn)堆等領(lǐng)域的發(fā)展，未來(lái)低溫超導(dǎo)線材的市場(chǎng)空來(lái)源：頭豹研究院400-072-55884頭豹市場(chǎng)研讀|2023/03處，逐漸向市場(chǎng)空間更廣闊的商用設(shè)備領(lǐng)域滲透導(dǎo)材料應(yīng)用領(lǐng)域及特征趨勢(shì)“科民融合”特質(zhì)隨著技術(shù)的成熟與漸向市場(chǎng)空間更廣闊的商用設(shè)備領(lǐng)域透隨著技術(shù)的成熟與漸向市場(chǎng)空間更廣闊的商用設(shè)備領(lǐng)域透“商用滲透”趨勢(shì)用于對(duì)成本和系統(tǒng)復(fù)雜度不太敏感的場(chǎng)景，如醫(yī)療磁共振成像設(shè)備(MRI)、滲透”趨勢(shì)是指隨著技領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展來(lái)源：頭豹研究院400-072-558866400-072-5588頭豹市場(chǎng)研讀|2023/03低溫超導(dǎo)在商業(yè)化超導(dǎo)強(qiáng)電和弱電應(yīng)用技術(shù)等方面已基本達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但由于產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合不緊密、創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈不完整，導(dǎo)致在高端醫(yī)療設(shè)備、分析儀器、科研裝備等超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用方面存在明顯差距，相關(guān)材料和裝備仍然依賴進(jìn)口低溫超導(dǎo)材料的用途自主設(shè)計(jì)研制并聯(lián)合國(guó)際合作開展的中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆(CFETR)項(xiàng)目已改委立項(xiàng)目前國(guó)內(nèi)NMR系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集MRI用超導(dǎo)磁體：MRI是當(dāng)前超導(dǎo)MRI用超導(dǎo)磁體：MRI是當(dāng)前超導(dǎo)材料的最主要應(yīng)超導(dǎo)加速器在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上具有巨料的用途。與基于CT(計(jì)算機(jī)X-射線斷層攝影術(shù))的X射線技術(shù)不同，MRI對(duì)人體不會(huì)產(chǎn)生放射性損傷，可以磁場(chǎng)高，所以可以獲得更高的分辨率，通過(guò)閉環(huán)運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)空間和時(shí)間穩(wěn)可比擬的優(yōu)勢(shì)。?MCZ技術(shù)的物理基礎(chǔ)是通過(guò)磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)電硅流體的熱對(duì)流形成抑制作用，抑制單晶高其中采用超導(dǎo)磁體提供5,000Gs穩(wěn)定磁場(chǎng)的MCZ技術(shù)上硅片主流產(chǎn)品是300mm，而中國(guó)300mm以上的半導(dǎo)體級(jí)MCZ生產(chǎn)裝備磁場(chǎng)部分主要由常導(dǎo)磁體提供(磁場(chǎng)強(qiáng)度小于0.2T)，常導(dǎo)磁體功耗大(大于100kW)、需要復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)(存在管道腐蝕等問(wèn)題)，且無(wú)法高效控制雜質(zhì)和缺陷的產(chǎn)生。超導(dǎo)材料具有零電阻的特性，采用超導(dǎo)材料制備的超導(dǎo)磁體可以實(shí)現(xiàn)無(wú)阻載流運(yùn)來(lái)源：西部超導(dǎo)招股說(shuō)明書、頭豹研究院頭豹市場(chǎng)研讀|2023/03?NMR是利用不同元素原子核核磁共振效應(yīng)的差異分析物質(zhì)的磁學(xué)式分析儀器，其廣泛用于化合物的結(jié)構(gòu)測(cè)定、定量分析和生物學(xué)研究等方面。核磁共振波譜儀所R完全依賴進(jìn)口，300-400MHz的NMR在國(guó)內(nèi)屬于常規(guī)裝備。但是根據(jù)國(guó)內(nèi)制藥、石油化工等應(yīng)用單位需求的不斷提升，500MHz-1GHz高分辨率的NMR已成為主要采購(gòu)目標(biāo)。?國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER，又稱“人造太陽(yáng)”)計(jì)劃是目前全球規(guī)模最大、影響最裝置的主體部分是一個(gè)用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形真空容器，目前ITER設(shè) (PF)、6個(gè)中心螺管線圈組成的中心螺管(CS)和18個(gè)校正場(chǎng)線圈(CC)，其超過(guò)地磁場(chǎng)的20萬(wàn)倍。理研究所的科學(xué)家正計(jì)劃到2028年建造一個(gè)“希格斯粒子工廠”一世界最大粒子對(duì)撞(LHC)的兩倍，LHC采用1,200噸的NbTi超導(dǎo)線制成10,000個(gè)超導(dǎo)磁體?？梢灶A(yù)計(jì)未來(lái)對(duì)超導(dǎo)材料的需求將遠(yuǎn)超1,200噸用來(lái)建造此加速器。其次是國(guó)際公認(rèn)的、最先進(jìn)的放療技術(shù)是質(zhì)子重對(duì)實(shí)體腫瘤進(jìn)行射線“打擊”時(shí)，能對(duì)腫瘤病灶進(jìn)行強(qiáng)有力的照來(lái)源：西部超導(dǎo)招股說(shuō)明書、頭豹研究院400-072-558888400-072-5588頭豹市場(chǎng)研讀|2023/03理方式傳遞能量、動(dòng)能和其他形式的信息，如果能夠?qū)崿F(xiàn)，將會(huì)對(duì)許多行業(yè)產(chǎn)生重大影響，例如可以使輸電線路更加高效和節(jié)能等室室溫超導(dǎo)技術(shù)是指在常溫下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的技術(shù)。傳統(tǒng)的超導(dǎo)材料需要在極低溫度下才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，這對(duì)于應(yīng)用和使用都帶來(lái)了很大的限制。而室溫超導(dǎo)技術(shù)則可以在常溫下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，這將會(huì)對(duì)能源傳輸、磁懸浮等領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。目前，室溫超導(dǎo)技術(shù)還處于研究階段，但已經(jīng)有一些有希望的發(fā)現(xiàn)和進(jìn)展11術(shù)主要應(yīng)用22 可以提高電力可以提高M(jìn)RI 3344 可以提高計(jì)算度和?可以提高磁懸?室溫超導(dǎo)技術(shù)主要利用量子相干(quantumcoherence)來(lái)實(shí)現(xiàn)磁性超導(dǎo)。由此可以生成幾乎沒(méi)有阻力(resistance)的流體，這意味著能夠通過(guò)物理方上改變物理學(xué)中的一些已有理論和公式：例如電性和力學(xué)原理在它的影響下于電力行業(yè)；在能源方面，室溫超懸浮列車等高速交通工具的制造；在醫(yī)療方面，它可以用于MRI等醫(yī)療設(shè)備超導(dǎo)低電耗性還可來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院物理所、頭豹研究院頭豹市場(chǎng)研讀|2023/03會(huì)Dias團(tuán)隊(duì)研究出室溫超導(dǎo)斯特大學(xué)RangaDias團(tuán)隊(duì)的最新研究論文：onductivityinaNdopedlutetiumhydride氫”組成的化合物中找到了近環(huán)境條件下存在超導(dǎo)的證據(jù)。這篇文章宣稱在10,000個(gè)大氣壓(10kBar)下實(shí)現(xiàn)了294K(21攝氏度)的超導(dǎo)溫度。這個(gè)壓強(qiáng)看起來(lái)很大，可是和目前可以實(shí)現(xiàn)的300-500GPa率等很多方面證明這個(gè)材料是超導(dǎo)體。I磁化率的測(cè)量結(jié)果?a圖是60Oe(Oe是高斯單位制中表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱的單位，可以理解為高斯，即1T=10000Oe)下8kbar (0.8GPa)的磁矩隨溫度的變化圖，可以明顯看到其Tc為277K(4℃)，b圖給出磁矩與外磁場(chǎng)的關(guān)cMTTc持一致，轉(zhuǎn)變溫a磁化率的測(cè)量會(huì)明顯受樣品形狀、背底等因素的測(cè)量，理論上超導(dǎo)體應(yīng)該表現(xiàn)出完全抗磁性(即來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院物理所、頭豹研究院400-072-5588頭豹市場(chǎng)研讀|2023/03arTc別但完全可以理解，這kbar顯。這三個(gè)比熱的轉(zhuǎn)變看起來(lái)也有些區(qū)別，尤其是10kbar和10.5kbar的數(shù)據(jù)，.5kbar，但圖像差異卻很大。來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院物理所、頭豹研究院400-072-5588?左圖為該樣品的超導(dǎo)相圖，Tc隨著壓強(qiáng)升高而減小，這是?此次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為近環(huán)境下的室溫超導(dǎo)，Dias研究團(tuán)隊(duì)對(duì)樣出的超導(dǎo)條件是1萬(wàn)個(gè)大氣壓和21攝氏度，從科研的角度，1萬(wàn)個(gè)大氣壓是非常容易實(shí)現(xiàn)的，但從社會(huì)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的角導(dǎo)材料，是在常壓(1個(gè)大氣壓)室溫下就可以進(jìn)入超導(dǎo)擴(kuò)大了超導(dǎo)的應(yīng)用范圍。但如果想進(jìn)一步擴(kuò)大超導(dǎo)的應(yīng)用。頭豹市場(chǎng)研讀|2023/03度高，競(jìng)爭(zhēng)較為激烈導(dǎo)企業(yè)業(yè)務(wù)分布情況%超導(dǎo)材料國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)申請(qǐng)來(lái)源地單位：件單位：件單位：件南京大學(xué)中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所北京百度網(wǎng)訊科技有限公司華北電力大學(xué)富通集團(tuán)(天津)超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用有限公司中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所中國(guó)科學(xué)院電工研究所西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究所合肥本源量子計(jì)算科技有限責(zé)任公司050100150超導(dǎo)材料中國(guó)專利申請(qǐng)概況專利技術(shù)50100位量域年專比專利期3%8%5學(xué)4.3%9%7京有色金%京工業(yè)大學(xué)%8%6所%來(lái)源：中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)網(wǎng)、智慧芽、頭豹研究院400-072-5588頭豹市場(chǎng)研讀|2023/03超導(dǎo)材料中國(guó)專利申請(qǐng)概況位量域年專比專利期5學(xué)%0%753學(xué)0%?中國(guó)區(qū)域本土申請(qǐng)占主體地位85.2%，共1,863件；國(guó)外來(lái)華專利申請(qǐng)量為279件，占中國(guó)區(qū)域?qū)＠暾?qǐng)總量的14.8%，其中世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織表現(xiàn)明顯，專利申請(qǐng)量為99件，排名第一；從超導(dǎo)材料中國(guó)區(qū)域?qū)＠夹g(shù)來(lái)源機(jī)構(gòu)來(lái)看，合肥本源量子計(jì)算科技有限公司為70件，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究所為59件，專利申請(qǐng)量較為突出，分別排名第一和第二。?中國(guó)本土創(chuàng)新主體為大專院校和企業(yè)，而國(guó)外來(lái)華則是以企業(yè)為創(chuàng)新主體。當(dāng)企業(yè)作為創(chuàng)新主體時(shí)，一定程度上說(shuō)明市場(chǎng)化程度高，競(jìng)爭(zhēng)較為激烈。從超導(dǎo)材料中國(guó)區(qū)域主要專利申請(qǐng)人專利申請(qǐng)概況來(lái)看，西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司專利申請(qǐng)量都集中在近5年，一定程度表明該申請(qǐng)人是該領(lǐng)域的新進(jìn)入者，技術(shù)創(chuàng)新活躍；從活動(dòng)年期來(lái)看，除西部超導(dǎo)外，其他9家都不小于10年，其中西北有色金屬研究院達(dá)到21年，一定程度表明上述企業(yè)/高校進(jìn)入該領(lǐng)域早，持續(xù)活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)；中國(guó)科學(xué)院物理研究所發(fā)明人數(shù)較多，超過(guò)100人，一定程度表明該申請(qǐng)人具有較強(qiáng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。從超導(dǎo)材料技術(shù)演進(jìn)路線來(lái)看，從2020年開始至2022年，量子計(jì)算、量子信息變成熱門技術(shù)主題，超導(dǎo)