国防军工行业动态点评：高温（室温）超导走向商业化之路三大场景

国防军工行业动态点评 / 高温（室温）超导走向商业化之路三大场景 2023年03月09日 / 【事项】 美国物理学会（APS）2023年3月7日举办演讲《室温近常压条件下氢化物超导性的观察》。该演讲将由罗切斯特大学和UnearthlyMaterials的RaganP.Dias团队主讲，他们在实验中1GPa（10kbar）的压力下，在20°C（294K）的氮掺杂氢化镥中实现了常温下的超导性。 超导体在一定温度（也称为临界温度，简称Tc）之下具有零电阻特性，具有高密度载流能力、完全抗磁性（迈斯纳效应）、约瑟夫森效应等常规导体完全不具备的电磁特性，因而在电气与电子工程领域具有广泛的应用价值。 早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。人们一直在探索高温超导体。此后40年随着技术革新，高温超导正在不断提升温度。 Dias团队发表的研发成果由于极高压力的限制（前提条件等同于1万倍的现实大气压强），其机理仍属BCS理论范畴，因此其颠覆性意义不如钇钡铜氧与铁基高温超导体的发现。 尽管受到高温超导材料不断发展的挑战，但是低温超导材料（临界温度低于25K~30K）在批量化加工技术、成本、使用稳定性方面的优势无可替代。且随着制冷技术的不断发展，也使得低温超导装置对液氦的依赖程度逐渐降低。 高温超导在电力技术应用预计将是首要方向：超导线的载流能力普通铜导线或铝导线的载流能力的50~500倍，且其直流状态下的传输损耗为零，如超导储能系统（SMES）是一种高效的储能系统（效率可达95%以上）。超导输电需要建立庞大的液氦低温系统，距离和成本成正比。从国际的角度来看，美国、日本、韩国、德国等国已已有高温超导线缆并入电网，但是全长均约为1公里难以商业化应用。利用高温超导体可引出大容量变电所的大电流，不仅能提高变电所输电效率，而且能使得变电所出线自由度增加。 此外高温超导还有两个拓展方向，一是超导磁体技术应用：目前在核磁共振、大科学工程（高能加速器、核聚变领域）、科学仪器和工业装备等领域得到广泛的应用；二是超导电子学应用：主要包括微波通信应用（基于超导薄膜的微波通信用滤波器）、约瑟夫森结（如超导计算机、超导量子干涉仪（SQUID）的各种应用及单光子探测、超导Qubit和超导量子计算等。 挖掘价值投资成长 强于大市（维持） 东方财富证券研究所 证券分析师：曲一平 证书编号：S1160522060001 联系人：陈然 电话：18811464006 相对指数表现 11.35% 4.26% -2.83% -9.91% -17.00% -24.09%3/85/87/89/811/81/83/8 国防与装备沪深300 相关研究 《2023年策略展望：螺旋式复苏和外部衰退中寻找科技转型新机遇》 2023.01.17 行业研究 国防军工行业动态点评 证券研究报告 2017 【评论】 超导体在一定温度（也称为临界温度，简称Tc）之下具有零电阻特性，具有高密度载流能力、完全抗磁性（迈斯纳效应）、约瑟夫森效应等常规导体完全不具备的电磁特性，因而在电气与电子工程领域具有广泛的应用价值。 图表1：超导材料的广泛应用和临界温度研究 资料来源：《超导材料及其应用现状与发展前景》，《科学史视域下的原始创新:以高温超导研究为例》,东方财富证券研究所 早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。人们一直在探索高温超导体。从1911年到1986年，超导温度75年间从水银的4．2K提高到铌三锗的23．22K（零下249度）。1986年，IBM公司苏黎世研究实验室的柏诺兹和缪勒在钡镧铜氧化物(Ba－La－Cu－O)中察到了30K 2017 左右的超导转变温度。从这一节点开始，超导转变温度突破了麦克米兰极限，甚至可以超越液氮温区(77K)，为超导的广泛应用提供了巨大的可能性。 此后40年随着技术革新，高温超导正在不断提升温度，例如2012年中国的薛其坤研究组制备了单层硒化亚铁薄膜，其Tc超过65K。 2020年Dias发现在267GPa的高压下C－S－H体系（富氢材料与有机超导结合）的Tc达到288K，历史上首次实现室温超导。Dias在2022年3月8日宣布1GPa的压力下，在摄氏20°C（294K）实现氮掺杂氢化镥中观察到超导性。 图表2：高温超导对于压强的要求依然非常苛刻 资料来源：Nature,东方财富证券研究所 附注：在近常压下的氮掺杂镥氢中发现了超导性，超导转变温度（Tc）随着压力（P）的增加呈现出明显的圆顶形，在大约10kbar处出现Tc峰值为294K。只有在约3kbar到约30kbar的压力范围内才观察到超导性（SC）。ρ表示电阻率；χ′(a.c.)表示动态磁化率；χ′(d.c.)表示静态磁化率；c表示热容。使用仅反射光恢复的金属样品的显微照片，这个样品在高压高温合成后被装载到金刚石压力衰减池中之前（i），和在常压下装载后显示出明显的蓝色（ii）。比例尺为10微米。该样品对透射光完全不透明。在压力作用下，样品从蓝色转变为粉红色，约为3kbar（iii），到约30kbar时变成红色（iv）。 昨日的研发成果由于极高压力的限制（前提条件等同于1万倍的现实大气压强），其机理仍属BCS理论范畴，因此其颠覆性意义不如钇钡铜氧与铁基高温超导体的发现。 尽管受到高温超导材料不断发展的挑战，但是低温超导材料（临界温度低 2017 于25K~30K）在批量化加工技术、成本、使用稳定性方面的优势无可替代。且随着制冷技术的不断发展，也使得低温超导装置对液氦的依赖程度逐渐降低。 图表3：高温超导在压力改变后体积迅速变化使得应用仍然受限 资料来源：Nature,东方财富证券研究所 高温超导目前核心应用场景有望率先在电力领域落地： 2017 1超导电力技术预计将是首要方向：超导线的载流能力普通铜导线或铝导线的载流能力的50~500倍，且其直流状态下的传输损耗为零，如超导储能系统（SMES）是一种高效的储能系统（效率可达95%以上）。 超导输电需要建立庞大的液氦低温系统，距离和成本成正比。从国际的角度来看，美国、日本、韩国、德国等国已已有高温超导线缆并入电网，但是全长均约为1公里难以商业化应用。利用高温超导体可引出大容量变电所的大电流，不仅能提高变电所输电效率，而且能使得变电所出线自由度增加。 目前一些初步应用包括如美国超导公司的MW级超导储能系统和8~10MVar级的超导同步调相机,中国科学院电工研究所研制成的360米、10kA高温超导输电电缆是国际上传输电流最大的高温超导电缆。中国科学院电工研究所还完成了世界首座10kV级超导变电站的研制和建设； 2超导磁体技术应用：目前在核磁共振、大科学工程（高能加速器、核聚变领域）、科学仪器和工业装备等领域有望继续得到广泛的应用； 3超导电子学应用：主要包括微波通信应用（基于超导薄膜的微波通信用滤波器）、约瑟夫森结（如超导计算机、超导量子干涉仪（SQUID））的各种应用及单光子探测、超导Qubit和超导量子计算等，为突破摩尔定律提供更强的计算基础。 【风险提示】 高温超导技术研发进度不及预期风险超导载体单位成本过高风险 2017 东方财富证券股份有限公司（以下简称“本公司”）具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格分析师申明： 作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力，保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于作者的职业理解，本报告清晰准确地反映了作者的研究观点，力求独立、客观和公正，结论不受任何第三方的授意或影响，特此声明。 投资建议的评级标准： 报告中投资建议所涉及的评级分为股票评级和行业评级（另有说明的除外）。评级标准为报告发布日后3到12个月内的相对市场表现，也即：以报告发布日后的3到12个月内的公司股价（或行业指数）相对同期相关证券市场代表性指数的涨跌幅作为基准。其中：A股市场以沪深300指数为基准；新三板市场以三板成指（针对协议转让标的）或三板做市指数（针对做市转让标的）为基准；香港市场以恒生指数为基准；美国市场以标普500指数为基准。 股票评级 买入：相对同期相关证券市场代表性指数涨幅15%以上； 增持：相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于5%～15%之间；中性：相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于-5%～5%之间；减持：相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于-15%～-5%之间；卖出：相对同期相关证券市场代表性指数跌幅15%以上。 行业评级 强于大市：相对同期相关证券市场代表性指数涨幅10%以上； 中性：相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于-10%～10%之间；弱于大市：相对同期相关证券市场代表性指数跌幅10%以上。 免责声明： 本研究报告由东方财富证券股份有限公司制作及在中华人民共和国（香港和澳门特别行政区、台湾省除外）发布。 本研究报告仅供本公司的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户。 本研究报告是基于本公司认为可靠的且目前已公开的信息撰写，本公司力求但不保证该信息的准确性和完整性，客户也不应该认为该信息是准确和完整的。同时，本公司不保证文中观点或陈述不会发生任何变更，在不同时期，本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本公司会适时更新我们的研究，但可能会因某些规定而无法做到。除了一些定期出版的报告之外，绝大多数研究报告是在分析师认为适当的时候不定期地发布。 在任何情况下，本报告中的信息或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议，也没有考虑到个别客户特殊的投资目标、财务状况或需求。客户应考虑本报告中的任何意见或建议是否符合其特定状况，若有必要应寻求专家意见。本报告所载的资料、工具、意见及推测只提供给客户作参考之用，并非作为或被视为出售或购买证券或其他投资标的的邀请或向人作出邀请。 本报告中提及的投资价格和价值以及这些投资带来的收入可能会波动。过去的表现并不代表未来的表现，未来的回报也无法保证，投资者可能会损失本金。外汇汇率波动有可能对某些投资的价值或价格或来自这一投资的收入产生不良影响。 那些涉及期货、期权及其它衍生工具的交易，因其包括重大的市场风险，因此并不适合所有投资者。 在任何情况下，本公司不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任，投资者需自行承担风险。 本报告主要以电子版形式分发，间或也会辅以印刷品形式分发，所有报告版权均归本公司所有。未经本公司事先书面授权，任何机构或个人不得以任何形式复制、转发或公开传播本报告的全部或部分内容，不得将报告内容作为诉讼、仲裁、传媒所引用之证明或依据，不得用于营利或用于未经允许的其它用途。 如需引用、刊发或转载本报告，需注明出处为东方财富证券研究所，且不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删节和修改。