超导产业现状及未来展望交流纪要–20230311

超导产业现状及未来展望交流纪要一、超导的原理、产业现状、应用场景介绍超导的发展：导线是现代工业的一个最重要的基础材料，利用导线可以做出很多的装备，例如家里的电风扇、电视机、各种计算机、汽车等。 导线需要通电流工作，通电流就会发热。 超导体是1911年由荷兰科学家发现的，他发现某些材料在温度还不是0的时候（物理温度物理上讲绝对0度），它的电阻是0，也就是说通电流不发热了，这个现象就称作超导现象。 后来经历了112年左右的发展，现在超导发展到众多的门类，实际上逐渐发现它是量子力学的一个效应。超导的原理：超导电阻为什么变成0，变成没有电阻？ 在通常的导体当中，它导电是电子是各行其是、各自为政的，因此它就会在运动过程中就会造成电阻，因为它没有规律的运动，我们叫电子的无规运动，就容易造成电阻。 后来发现超导体中为什么没电阻，是因为电子进入了一个新的有序的社会，就像我们有些地方秩序很好（假如一个国家很乱那就叫无序），那么超导里面的电子都有序，大家在运动的过程中步调都一致，这个时候电子导电的时候就没有电阻了。 没有电阻带来的好处是巨大的：没电阻可以充很大的电流。 可以想象从三峡发出来的电到变电站之间（据说也就是几十公里，大概20公里），路上耗了很多电，据说是发电量的百分之十几是被浪费在这么短的距离上。 如果用超导大功率把电送到变电站去，电就省下来了，所以用超导没有电阻就没有发热，没发热就把电能省下来了。因为没有电阻，可以把它绕成螺旋管做磁体，产生巨大的磁场。 我们知道所有的电动设备里面都是要有实体的电动机、发电机，轮船的推进装置里面的电机、汽车的电机都需要磁体，那么如果一个磁体是没有发热效应的，可以想象是非常好的，工艺可以大大提高、体积可以大大下降，在舰船推进方面有非常大的用处。 另外，它还有一个量子效应，精密测量方面，两个超导体放在一起的时候，它跟外磁场耦合在一起，能够探测到非常弱的磁场，能探测到地球磁场的十亿分之一。 另外利用超导体的零电阻还可以开发出滤波器，性能也非常好。 高保真的滤波在电子学方面，特别是军工方面有重要应用，所以超导由于方方面面的应用，被西方的各发达国家，包括欧洲、日本、美国重点关注，被认为是下一代颠覆性技术。 超导的条件：要实现超导，必须把它降到某一个温度之下，不是所有的超导材料的温度都一样，有些超导材料的温度高，有些低。 到目前为止，世界上最高的就是不用加压，就在空气压力下，那么就能超导的大概是零下135k（相当于零下138），零下138度是目前人类在常压下观察到的超导现象的最高温度了。 但零下138度要带来大规模的应用，就不太好、不太方便（当然还是有不小规模的应用，包括我们医院里面用的核磁成像）。 为了实现大规模的应用，超导界的同仁都希望找到室温超导，因为在室温不需要制冷，或者稍微制冷就能够超导，就能够零电阻。这是共同的一个梦想。 因此昨天在nature杂志上发表的那篇文章和美国物理协会前天的一个报告说找到了室温超导的一种材料，引起了巨大的轰动。相关产业链：高温超导：BSCCO、YBCO、MgB2等都是高温超导的核心材料。 今天竞价一字板的永鼎股份、法尔胜、百利电气均有布局生产高温超导材料或高温超导应用产品。 国内BSCCO主要生产商：英纳超导（百利电气）、永鼎股份、汉缆股份、综艺股份、法尔胜、西部超导。 YBCO材料相关公司：阿石创曾表示，公司已掌握了YBCO超导靶材的制备技术，其应用前景颇为广阔。 永鼎股份：公司承担的江苏省重大技术攻关项目“基于第二代（YBCO）高温超导材料的直流输电及消磁电缆研制技术”通过验收。低温超导：西部超导：超导材料领域是国内唯一低温超导全流程生产企业，引领我国超导材料产业发展。 2011年通过认证后独家供应ITER计划所需的174吨NbTi和35吨Nb3Sn超导股线用于核心装置建造。 展望公司未来发展，短期受益于下游MRI设备人均保有量及国产化率提升，远期看超导材料在MCZ、NMR、CFETR等领域的应用，打开更大空间。 2021年公司超导线材产量676.04吨，销量556.92吨，超导产品实现收入2.39亿，同比增长22.86%。其他公司：东方钽业：2011年东方钽业和北京大学合作成立东方超导，打破国外垄断。 全球极少数能够生产超导铌材和铌钛材的公司之一以及唯一兼具材料生产和超导腔制造能力的公司，目前东方超导已形成一套完整的射频超导腔的生产线超导的应用：1、可以做超导磁体，超导磁体可以用于储能，超导储能是一个很好的储能，一个体积不大的超导体相当于一个中小型水库的储能量，用作超导限流器、超导电缆（上海就做了一根1.2公里长的超导电缆）、超导变压器（它的体积可以很小，功率可以很高）、超导电机 （用于舰船的推进，比如说大型舰船的推进，据说是估计是体积缩小到原来的1/3，重量减少到原来的1/3）。 另外可以用于电磁弹射，以及超导的推进等方面，它在弱信号探测方面也是非常优越的，这些应用都是不可替代的，别的技术很难替代，比如说它用于大地矿藏探测，它能探测到非常弱的大概十亿分之一的磁场，那么这个时候如果有个潜艇在我们的海里面，在下面50米的地方我们看不见，但是如果用这个超导做探测器的话就能够把它看见。 另外如果大地底下有矿藏的话，也可以探测矿藏有没有矿藏，特别是金属矿藏，因为它对地磁场有扰动，可以探测出来。 2、还可以用于心脏和大脑的谱仪。 大家用得多的是心电图，但是还有心磁图（大家可能很少用，现在是在前沿研究），用超导探测弱磁的非常灵敏，当血液流过血管的时候，血液里面有离子，离子流动过程中会产生微小的电流和磁场，它能够把它探测出来，所以可以用于大脑的认知研究。 3、零电阻的特性可以设计成特殊的滤波器。 它的滤波性能非常好，他在抗干扰以及干扰别人方面都是非常好的，因此在民用基站和雷达以及导弹、卫星返回通信方面都是很好。另外还可以发出单光子探测用于量子计算这个行业。 前几天昨天发表的那篇文章引起了巨大的轰动，大家可以想象如果在室温下有超导应用的话，是非常好的梦想。 但是我们作为科学家需要非常严谨，大家都既觉得兴奋，又很谨慎，如果要是落实下来是真的超导现象，那么随之而来的可能或者说很大的可能性会带来大面积的应用，所以我们很期待。 但是目前这件事情从科学角度说，这篇文章发表之后，还需要可信度、认知度高的其他的组或者实验室，用更加有说服力的数据来说明这个超导现象是真的，而不是一个假象。 二、Q&AQ：迪亚斯团队宣称发现了近常压的室温超导体，引入了镥元素，如果说可以比较容易的被重复出来，那对我们电网基础设施、高精尖物理科研设备、量子计算、通信设备、医疗健康等诸多领域都会产生革命性的影响。 目前来说大家观点分歧还是比较大，想请专家从专业的角度给我们分析一下他这个实验的可靠性、可重复性，以及到应用的距离？ A：首先这件事情让人兴奋，尤其是超导界的人都很兴奋，但是我们是科学家，我们要冷静下来思考它的所展现的数据，因为科学家往往是做实验以后用数据来说明一件事儿是真的还是假的。 它这个材料文章里写的分子式不是很清楚，我今天花了一天时间仔细读了这个文档，这是一种我们中国很丰富的稀土镥，镥元素是稀土里面最重的，然后他文章里还说有少量的氮元素替换，因此是一个三元的、以稀土镥元素为主的这么一个超导体（暂称，如果被证实是超导体就是超导体，现在还在验证中），这个方向实际上已经工作了好多年了，在国际上的1980年就有理论学家提出来。 如果是用元素质量非常轻的元素，像比如说氢元素，它的元素构在高压下形成一个金属的话，理论算出来可能压力要300万大气压，甚至400-500万大气压。 后来我们国家吉林大学理论组也算得很好，就是说在某些材料，比如说某些稀土材料它容易吸氢，这个时候氢在里面，因为它原子质量比较轻，所以它容易蹦起来，就是它容易高频震动，震动以后就帮助电子就形成超导态，两个电子配成一对以后就形成超导态。 后来逐渐把温度提高，那么目前可信的大概是在200万大气压下，也就是说零下大概60度70度左右的超导是可以实现的。因此人类是没法用的，因为你不可能在一个200万大气压下去用一个超导体。 因此我们要追求室温，温度更高，第二个要追求压力更低。 那么这个小组说他最近沿着这个方向找到一个超导体，他文章里面292k相当于19度到20度超导，那就不得了了。另外他说压力也很小，在我们看起来压力是很小，就1万大气压。 如果它是真的，我们物理学家还是有办法将来降到常压或者是说小压力下，比如说几十个大气压下就能工作的，那么用起来就方便了。如果是确认了，那么随之而来的会是大面积的扩展性的研究，那么带来比它性能更优越的材料，也是指日可待的事情。 比如说两三年，我想就会发现更多的材料，性能更优越，甚至到常压下都可能会有300k左右的或者室温的超导。第一步突破如果是真实的话，这个不是难事。 Q：基于我们现在已经证实的这些技术路径以及我们从学术界看起来觉得比较靠谱的其他技术路径来看，目前整个行业有觉得值得去关注的公司？ A：一个是西部超导，现在中国超导界产业界应该说是排在第一位的，他们能够大规模的生产低温超导、线材、铌钛，这个线供给国际上一些像西门子公司，或者是国内的一些医用核磁成像的公司做超导导线。 另外他们参与到国际热核聚变项目，在全球投了几十亿欧元，中国投了1/10左右。 那么将来把人工受控核聚变在法国第一次实现，那么西部超导加入到这个公司，是大项目的一个供货单位，主要的货可能已经供的差不多了。 另外西部超导还在发展超导磁体，另外对超导高温超导也有很好的基础研究。 第二个是东部超导，就是永鼎股份里面的一个子公司，他们生产一些钇钡铜氧高温超导带材为主要的依托，然后在外面去联络其他的公司，来一块开发一些东西，比如说与江西联创签订了一些供货协议，70公里长的导线，高温超导大概是温度是90k也就是说在零下180度，用液氮还是能用的，另外东部超导几年前也有开发高温超导电机的一些计划。 在上海还有两家超导公司，一个是上海超导，是上海大学的股份有限公司，还有一个是上创超导，是交通大学的，他们也是生产钇钡铜氧的高温超导带材，然后提供给上海电缆研究所下属的一家公司叫做国际超导科技有限公司，制备高温超导电缆，他们上海做得很好，以项目牵头做成了1.2公里长的超导电缆，而且挂网运行了，在上海市是去年12月份竣工验收的，然后挂网运行了1.2公里长，在国际上据我所知是属于为数不多的几分之一甚至是最长的。 刚才说超导将来主要的产业是磁体，那么它的主要的用户对象是超导核磁成像，因为用途很大。 目前现在用的还是低温超导，像铌钛，下一步有可能开发出铌酸烯，当然核磁成像的公司比较多，联影、联创这些都是有的，核磁成像将来是超导磁体的一个主要的用户单位。 另外在太阳能方面，单晶硅的制备也要大瓶颈的超导磁体，还有在污染处理污水处理等等方面用超导磁体也很好。 还有一个超导磁体的巨大的应用是受控热核聚变，这个是合肥中科院等离子体所以及西南585研究所、以前核工业部的研究所，他们在做受控核聚变，这方面用量也是挺大的，一个装置它要几百吨的线。 另外目前正在开发的还有一些金属加热锻造，用超导磁体也是挺好的。 有公司介入了，这个方式主要是购买一些超导线来研制这些装备，然后其他的涉及超导研究的或者基础与应用有关的一些基础研究的单位，他们也在研究装置，一个是中科院等离子体研究所，他们大家都听说过小太阳，是托卡马克用大量的超导磁体。 下一代的中国核聚变堆要研制的话，那么也要大量的超导材料。 第二是中科院电工所，他们是开发高产的超导磁体，还有北京的怀柔中心也要超导材料，然后中科院微系统所和南京大学的超导电子研究电子学研究中心，在弱信号探测和单光子探测方面有很大的潜力，也做了很多工作。 然后西南交通大学在研制超导磁悬浮列车，目前去年有一个样机模型，大家在网上都看见了，