研究报告全文：头豹市场研究202303wwwleadleocom2023年中国超导材料行业概览立足科技前沿满足能源战略需求2023ChinaSuperconductingMaterialsIndustry2023年中国超電導材料産業摘要版报告标签低温超导高温超导室温超导撰写人郭嘉咏报告提供的任何内容包括但不限于数据文字图表图像等均系头豹研究院独有的高度机密性文件在报告中另行标明出处者除外未经头豹研究院事先书面许可任何人不得以任何方式擅自复制再造传播出版引用改编汇编本报告内容若有违反上述约定的行为发生头豹研究院保留采取法律措施追究相关人员责任的权利头豹研究院开展的所有商业活动均使用头豹研究院或头豹的商号商标头豹研究院无任何前述名称之外的其他分支机构也未授权或聘用其他任何第三方代表头豹研究院开展商业活动头豹市场研读202303观点摘要超导全称超导电性是二十世纪最重要的科学发现之一指的是当某些材料在温度降低到某一临界温度Tc时电阻突然消失电流可以在其间无损耗流动的现象具备这种特性的材料则被称为超导材料或超导体目前全球超导市场以低温超导为主国内低温超导材料及应用占超导市场总量的90以上高温超导材料仍处于商业化初期经过数十年的潜心发展中国已成为国际超导材料和应用技术研发的中坚力量目前已基本掌握了各种实用化超导材料的制备技术实现了低温超导材料的商业化生产超导产业链各环节表现如何上游原材料行业高温超导原材料主要包括各类矿产资源是超导行业的基础钇矿资源钡矿资源占超导材料30左右的成本而超导材料占超导产品应用40-50的成本产业链中游是超导材料如YBCO和BSCCO等带材是超导行业的核心中游的超导材料是超导产业链中毛利率最高的环节毛利率水平达到50以上产业链高温超导下游应用产品如超导限流器超导滤波的毛利率相对较低约30左右室温超导能否带来新一轮能源革命室温超导技术主要利用量子相干quantumcoherence来实现磁性超导而量子相干是一种能够让粒子的间隔非常小以至于其行为特别一致的效应由此可以生成几乎没有阻力resistance的流体这意味着能够通过物理方式传递能量动能和其他形式的信息室温超导技术如果能够实现将会对许多行业产生重大影响然而目前这项技术仍处于研究阶段需要进一步发展和改进才能真正实现商业化应用wwwleadleocom400-072-55882头豹市场研读202303精华摘要高温超导材料在制造工艺上必须克服加工脆性氧含量等问题目前尚处于研发阶段低温超导材料由于其具有优良的机械加工性能和成本优势仍将在商业化超导市场中处于主导地位超导材料的分类超导体晶体结构以及其临界温度1900-2015年室温临界温度K年份临界温度材料类型主流材料材料特性工艺难度成本NbTi和NbSn已经实现商业金属合NbTi铌钛Tc95K3低温化具有优良的机械加工性-269金和化合和NbSn铌三锡高高超导3能和成本优势其制备技术物Tc18k与工艺已经相当成熟铋系例如Bi-Sr-Ca-Cu-铋系和钇系高温超导材料属0BSCCOTc110K多元金属于氧化物陶瓷在制造工艺钇系例如Y-Ba-Cu-O高温氧化物上须克服加工脆性氧含量-269YBCOTc92K和极高极高超导陶瓷特的精确控制及与基体反应等MgB超导材料性2问题因此生产成本较高Tc39K铁基超导目前尚处于商业化初期阶段材料等注Tc42K等同于-26898C根据超导材料的临界温度可将超导材料分为低温超导材料和高温超导材料一般认为Tc25K的超导材料称为低温超导材料目前已实现商业化的包括NbTiTc95K和Nb3SnTc18kTc25K的超导材料称为高温超导材料有实用价值的主要有铋系例如Bi2Sr2Ca2Cu3O7-Tc110K钇系例如YBa2Cu3O7-Tc92K和MgB2Tc40K材料等有实用价值的铋系和钇系高温超导材料属于氧化物陶瓷在制造工艺上必须克服加工脆性氧含量的精确控制及与基体反应等问题因此价格昂贵目前尚处于研发阶段而以NbTi和Nb3Sn为代表的低温超导材料由于其具有优良的机械加工性能和成本优势在相当长的时期内仍将在商业化超导市场中处于主导地位上图展示了自超导现象问世以来发现的一些典型的超导体及其晶体结构横轴为发现的年代纵轴为超导临界温度Tc来源头豹研究院wwwleadleocom400-072-55883头豹市场研读202303从产业链来看上游是矿产资源中游是超导材料如NbTi和YBCO等带材是超导产业链中毛利率最高的环节毛利率水平达到50以上下游是超导应用产品是超导行业的载体超导行业产业链低温超导原材料高温超导原材料上游原材料行业高温超导原材料主Ti矿Nb矿Sn矿铋锶矿要包括各类矿产资源具体涉及的金属元素诸如铋Bi锶SrBSCCO带材钇Y钡Ba硼B等以及镧La等稀土元素是超导行海绵钛NbSn钇钡矿业的基础钇矿资源钡矿资源占YBCO带材超导材料30左右的成本而超导上游材料占超导产品应用40-50的成NbTi棒硼矿本低温超导线材对原材料钛T铌Nb锡Sn有很高的要求且工BSCCO带材艺过程复杂技术条件严格由于Cu低温超导线材行业对原材料的消耗LaRE矿量并不大因此上游原材料对超导线材行业的影响并不明显超导线NbTi超导线Nb3Sn超导线BSCCO带材材行业的发展主要取决于技术进步BSCCONbTi产业链中游是超导材料如超YBCO和BSCCO等带材是超导导行业的核心中游的超导材Nb导YBCO带料是超导产业链中毛利率最高3线材Sn材的环节毛利率水平达到50以上不过目前国内超导材中游铁超导料主要是依赖于美国和日本进基口价格较高国内少数公司超带导材超如永鼎股份汉缆股份有涉及MgB2体导超导材料的研发超导磁体是磁由超导线材绕制而成的能产生体强磁场的超导线圈并包括其超运行所必要的低温恒温容器NMR超处导超导于应研用设电备发产力MRI阶品装段下游备部等分产业链高温超导下游应用产品如超导限流器超导滤波的毛利率相对较低约30左右不过这部分业务是目前国内公司涉及最多距离产业化生产最近的业务低温超导下游主要为各类超导设备随着磁共振成像仪MRI磁控直拉单晶硅技术MCZ核磁共振谱仪NMR质子加速器核聚变实验堆等领域的发展未来低温超导线材的市场空间巨大来源头豹研究院wwwleadleocom400-072-55884头豹市场研读202303超导行业表现出科民融合特质和商用渗透趋势从科研为起点出发以企业发展应用落地实处逐渐向市场空间更广阔的商用设备领域渗透超导材料应用领域及特征趋势科民融合特质通过国家主导的大随着技术科学装置的成熟与重点科研扩散逐超导材料项目让渐向市场应用领域实力企业空间更广参与以阔的商用此来培育设备领域行业有生渗透力量商用渗透趋势从80年代开始超导材料就开始广泛应用于电机高能粒子加速器磁悬浮运输受控热核反应储能电力电缆大容量输电通信电缆和天线计算机的逻辑和存储元件等领域由超导态的特性和维持条件出发超导技术目前主要应用于对成本和系统复杂度不太敏感的场景如医疗磁共振成像设备MRI磁控核聚变超导电缆磁悬浮列车等对中国来说超导行业表现出科民融合特质和商用渗透趋势科民融合是指通过国家主导的大科学装置重点科研项目让实力企业参与以此来培育行业有生力量从科研为起点出发以企业发展应用落地实处促进行业的快速发展商用渗透趋势是指随着技术的成熟与扩散逐渐向市场空间更广阔的商用设备领域渗透而超导行业产业链下游对应的应用市场有七个其中医疗设备领域和交通运输领域应用发展较为成熟未来随着超导的技术成熟将出现更多的应用领域来源头豹研究院wwwleadleocom400-072-55885头豹市场研读202303低温超导在商业化超导强电和弱电应用技术等方面已基本达到国际先进水平但由于产学研用结合不紧密创新链和产业链不完整导致在高端医疗设备分析仪器科研装备等超导技术应用方面存在明显差距相关材料和装备仍然依赖进口低温超导材料的用途NMR用超导磁体目前国内NMR系统ITER用超导磁体MCZ用超导磁体完全依赖进口自主设计研制并联合国际广泛应用于半导体集合作开展的中国聚变工程成电路二极管外实验堆CFETR项目已延片衬底030204经国家发改委立项MRI用超导磁体加速器用超导磁体MRI是当前超导低温超导材超导加速器在经济材料的最主要应01料的用途05上和技术上具有巨用领域大的优越性MRI是一种生物磁自旋成像技术它利用原子核自旋运动的特点在外加磁场内经射频脉冲激发后产生信号经过计算机处理转换后获得图像与基于CT计算机X-射线断层摄影术的X射线技术不同MRI对人体不会产生放射性损伤可以实现三维立体扫描成像图像分辨率高对肿瘤早期诊断有较高的临床价值已经广泛运用于全身各部位脏器的疾病诊断中与永磁型MRI相比超导MRI成像区磁场高所以可以获得更高的分辨率通过闭环运行方式实现磁场空间和时间稳定性更高一般可达10年以上而不变化这就决定了超导MRI具有永磁型MRI无可比拟的优势MCZ技术的物理基础是通过磁场对导电硅流体的热对流形成抑制作用抑制单晶硅生长过程中杂质和缺陷的产生晶体完整性均匀性得到极大改善可实现高质量大尺寸单晶硅快速生长其中采用超导磁体提供5000Gs稳定磁场的MCZ技术是目前国际上生产300mm以上大尺寸半导体级单晶硅的最主要方法目前国际上硅片主流产品是300mm而中国300mm以上的半导体级MCZ生产装备磁场部分主要由常导磁体提供磁场强度小于02T常导磁体功耗大大于100kW需要复杂的冷却系统存在管道腐蚀等问题且无法高效控制杂质和缺陷的产生超导材料具有零电阻的特性采用超导材料制备的超导磁体可以实现无阻载流运行超导磁体和常导磁体相比其体积和运行成本大幅度减小能够降低300mm单晶硅制造能耗20提高成品率30中国迫切需要发展满足300mmMCZ单晶硅制备用超导磁体制造技术并实现规模应用以促进单晶硅行业的产业技术升级来源西部超导招股说明书头豹研究院wwwleadleocom400-072-55886头豹市场研读202303NMR是利用不同元素原子核核磁共振效应的差异分析物质的磁学式分析仪器其广泛用于化合物的结构测定定量分析和生物学研究等方面核磁共振波谱仪所使用磁体强度与其分辨精度成正比需采用高场超导磁体制造目前国内NMR系统完全依赖进口300-400MHz的NMR在国内属于常规装备但是根据国内制药石油化工等应用单位需求的不断提升500MHz-1GHz高分辨率的NMR已成为主要采购目标国际热核聚变实验堆ITER又称人造太阳计划是目前全球规模最大影响最深远的国际科研合作项目之一该项目由欧盟中国美国印度俄罗斯韩国和日本七方合作完成中方承建项目占比约为9项目从2006年启动到2017年3月13号中国超导股线竣工历时大约10年时间ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克俗称人造太阳该装置使用了大量的低温超导材料ITER装置的主体部分是一个用磁约束来实现受控核聚变的环形真空容器目前ITER设计共有超导大型磁体48个具体包括18个纵场线圈TF6个极向场线圈PF6个中心螺管线圈组成的中心螺管CS和18个校正场线圈CC其中TF和PF采用Nb3Sn超导线CS和CC采用NbTi超导线将产生高达13T的磁场超过地磁场的20万倍ITER主体装置在加速器用超导磁体当中在医疗和物理有多种运用其中中国科学院高能物理研究所的科学家正计划到2028年建造一个希格斯粒子工厂一世界最大粒子对撞机建成后的规模将达到现在最大欧洲大型强子对撞机LHC的两倍LHC采用1200吨的NbTi超导线制成10000个超导磁体可以预计未来对超导材料的需求将远超1200吨用来建造此加速器其次是国际公认的最先进的放疗技术是质子重离子治疗技术其在对实体肿瘤进行射线打击时能对肿瘤病灶进行强有力的照射同时避开正常组织照射从而实现疗效的最大化来源西部超导招股说明书头豹研究院wwwleadleocom400-072-55887头豹市场研读202303室温超导技术能够通过物理方式传递能量动能和其他形式的信息如果能够实现将会对许多行业产生重大影响例如可以使输电线路更加高效和节能等室温超导室温超导的定义室温超导技术是指在常温下实现超导的技术传统的超导材料需要在极低温度下才能实现超导这对于应用和使用都带来了很大的限制而室温超导技术则可以在常温下实现超导这将会对能源传输磁悬浮等领域产生重大影响目前室温超导技术还处于研究阶段但已经有一些有希望的发现和进展125能源传输医疗成像电力传输及分配可以提高电力可以提高MRI6输送的效率和扫描的分辨率自适应滤波系统可靠性室温超导技和速度术主要应用7的行业工业化测量仪器34电子设备交通运输8可以提高计算可以提高磁悬光学系统机处理速度和浮列车的速度存储容量和效率室温超导技术主要利用量子相干quantumcoherence来实现磁性超导而量子相干是一种能够让粒子的间隔非常小以至于其行为特别一致的效应由此可以生成几乎没有阻力resistance的流体这意味着能够通过物理方式传递能量动能和其他形式的信息因此室温超导技术可以在很大程度上改变物理学中的一些已有理论和公式例如电性和力学原理在它的影响下会发生根本性的改变而且会产生出新的物理学流动和相互作用室温超导技术如果能够实现将会对许多行业产生重大影响对于电力行业来说室温超导技术可以使输电线路更加高效和节能在能源方面室温超导技术可以提高电力输送效率减少能源损耗对于交通行业可以用于磁悬浮列车等高速交通工具的制造在医疗方面它可以用于MRI等医疗设备的制造室温超导技术有广泛的应用前景和市场潜力与此同时室温超导技术还可以用于传输能量存储能量和分布式系统室温超导低电耗性还可以使分布式低成本的高吞吐量计算存储单元成为可能然而目前这项技术仍处于研究阶段需要进一步发展和改进才能真正实现商业化应用来源中国科学院物理所头豹研究院wwwleadleocom400-072-55888头豹市场研读202303美国物理学会Dias团队研究出室温超导2023年3月8日著名科学期刊自然杂志刊登了美国罗彻斯特大学RangaDias团队的最新研究论文Evidenceofnear-ambientsuperconductivityinaN-dopedlutetiumhydride意思是他们在镥氮氢组成的化合物中找到了近环境条件下存在超导的证据这篇文章宣称在10000个大气压10kBar下实现了294K21摄氏度的超导温度这个压强看起来很大可是和目前可以实现的300-500GPa的压强相比要小得多适用得多从报道来看他们采用的是LuHN化合物从电阻比热磁化率等很多方面证明这个材料是超导体电阻的测量结果左图中给出了101620kbar11620GPa下的电阻测量结果三个电压下电阻都降低到了0这正是超导体的主要特征之一其中在1GPa时Tc是最高的压强越低Tc越高是一个意想不到的结果插图是样品及电极图片右图则给出了超导态与正常态的V-I曲线磁化率的测量结果a图是60OeOe是高斯单位制中表示磁场强弱的单位可以理解为高斯即1T10000Oe下8kbar08GPa的磁矩随温度的变化图可以明显看到其Tc为277K4b图给出磁矩与外磁场的关系也符合超导体的特征c图则是不同压力下的M-T曲线这里的Tc与电阻上的保持一致转变温度区间也很小是非常好的转变不过在a图中也可以看出来研究团队对原始数据做了一定处理磁化率的测量会明显受样品形状背底等因素的测量理论上超导体应该表现出完全抗磁性即4-1但实际测量中测不到完全抗磁性即4-1也是可以理解的来源中国科学院物理所头豹研究院wwwleadleocom400-072-55889头豹市场研读202303比热的测量结果团队对比热进行了测量结果如上图所示这里给出了1010520kbar的测量结果可以看到三个比热的曲线均能看到超导在比热上的转变Tc与电阻的测量结果略有区别但完全可以理解这个结果是合理的这个比热的转变并不算明显尤其是105kbar的曲线峰并不明显10kbar的转变也尚不如20kbar明显这三个比热的转变看起来也有些区别尤其是10kbar和105kbar的数据仅差了05kbar但图像差异却很大左图为该样品的超导相图Tc随着压强升高而减小这是出乎意料之处b图是样片形貌随着压强的变化常压下是蓝色的随着压强升高逐渐变为粉红最终呈现红色此次实验数据为近环境下的室温超导Dias研究团队对样品电输运磁化率及比热进行了测量RangaDias团队给出的超导条件是1万个大气压和21摄氏度从科研的角度1万个大气压是非常容易实现的但从社会产业应用的角度这个超导材料的压力还需要降低当然最理想的超导材料是在常压1个大气压室温下就可以进入超导状态液氮是非常容易制取的价格也很便宜这一下子扩大了超导的应用范围但如果想进一步扩大超导的应用范围最好是能找到近环境条件下室温常压的超导材料一旦找到这样的材料会引发一次电气和电子领域的变革人类已经发现近百种超导材料最终可以产生应用价值的不过几种是否可以投入应用是综合效应的结果来源中国科学院物理所头豹研究院wwwleadleocom400-072-558810头豹市场研读202303中国本土创新主体为大专院校和企业而国外来华则是以企业为创新主体当企业作为创新主体时一定程度上说明市场化程度高竞争较为激烈超导企业业务分布情况中国本土专利技术申请比例2022年超导材料中国专利技术来源机构构成2022年单位件专利技术中国本土南京大学201863件中国科学院近代物理研究所24852北京百度网讯科技有限公司25华北电力大学28超导材料国外来华专利技术申请来源地富通集团天津超导技术应构成2022年用有限公司30专利技术中国科学院上海微系统与信息单位件技术研究所30英国11中国科学院电工研究所43日本18西部超导材料科技股份有限公司56印度57中国科学院合肥物质科学研究所59美国94合肥本源量子计算科技有限责70世界知识产权组织99任公司050100050100150超导材料中国专利申请概况专利本领域主要申请单近5年专发明专利平均申请申请专利申活动年期团队人数位利占比数量年限量请占比西北有色金6774436721879属研究院中国科学院5055585012565电工研究所西南交通大3943493912743学北京有色金3641435151242属研究总院北京工业大3336483112649学中国科学院32350321817120物理研究所来源中国知识产权网智慧芽头豹研究院wwwleadleocom400-072-558811头豹市场研读202303超导材料中国专利申请概况专利本领域主要申请单近5年专发明专利平均申请申请专利申活动年期团队人数位利占比数量年限量请占比上海大学2527522412568上海交通大2022402012727学西部超导1618100165325清华大学15164015101036中国区域本土申请占主体地位852共1863件国外来华专利申请量为279件占中国区域专利申请总量的148其中世界知识产权组织表现明显专利申请量为99件排名第一从超导材料中国区域专利技术来源机构来看合肥本源量子计算科技有限公司为70件中国科学院合肥物质科学研究所为59件专利申请量较为突出分别排名第一和第二中国本土创新主体为大专院校和企业而国外来华则是以企业为创新主体当企业作为创新主体时一定程度上说明市场化程度高竞争较为激烈从超导材料中国区域主要专利申请人专利申请概况来看西部超导材料科技股份有限公司专利申请量都集中在近5年一定程度表明该申请人是该领域的新进入者技术创新活跃从活动年期来看除西部超导外其他9家都不小于10年其中西北有色金属研究院达到21年一定程度表明上述企业高校进入该领域早持续活动时间长中国科学院物理研究所发明人数较多超过100人一定程度表明该申请人具有较强的研发团队从超导材料技术演进路线来看从2020年开始至2022年量子计算量子信息变成热门技术主题超导量子计算因为其在规模可扩展性方面的潜力而得到广泛的重视超导材料技术演进路线2018-2022年来源中国知识产权网智慧芽头豹研究院wwwleadleocom400-072-558812完整版研究报告阅读渠道登录wwwleadleocom搜索2023年中国超导材料行业概览立足科技前沿满足能源战略需求未完待续下篇正在进行中了解其他系列课题登陆头豹研究院官网搜索查阅2023年风电行业产业链剖析行业确定性高增长深耕产业链运营2023年印制电路板PCB行业概览电子信息产品制造放量在即PCB下游应用遍地开花2023年中国压滤机行业概览下游应用领域不断拓展新兴行业带动新需求2022年中国风电光伏回收行业概览报废潮来袭如何打通绿色产业链的最后一公里2023年中国氢燃料电池应用发展分析如何在交通运输业得到应用若您期待尽快看到下篇报告或对下篇报告的内容有独到见解头豹欢迎您加入到此篇报告的研究中相关咨询欢迎联系头豹研究院双碳研究团队邮箱harrietguoleadleocom头豹研究院简介头豹是中国领先的原创行企研究内容平台和新型企业服务提供商围绕协助企业加速资本价值的挖掘提升传播这一核心目标头豹打造了一系列产品及解决方案包括报告数据库服务行企研报定制服务微估值及微尽调自动化产品财务顾问服务PR及IR服务以及其他以企业为基础利用大数据区块链和人工智能等技术围绕产业焦点热点问题基于丰富案例和海量数据通过开放合作的增长咨询服务等头豹致力于以优质商业资源共享研究平台汇集各界智慧推动产业健康有序可持续发展8万5000100万30050万注册机构用户资深分析师细分行业行企研究合作专家深入研究公司目标客户群体价值数据元素原创内容覆盖率高PEVC投行覆盖率达80备注数据截止20226四大核心服务企业服务云研究院服务为企业提供定制化报告服务管理咨询战略提供行业分析师外派驻场服务平台数据库调整等服务报告库及内部研究团队提供技术支持服务行业排名展会宣传园区规划产业规划行业峰会策划奖项评选行业白皮书等服务地方产业规划园区企业孵化服务报告阅读渠道头豹官网wwwleadleocom阅读更多报告头豹小程序微信小程序搜索头豹手机扫上方二维码阅读研报添加右侧头豹分析师微信身份认证后邀您进入行研报告分享交流微信群详情咨询