超导行业概述

超导现象是在特定低温环境下所呈现出的特殊物理状态,其显著特征表现为电阻急剧降至零值,并且能够对磁力线产生排斥作用,进而展现出完全抗磁性这一独特性质。超导材料依据临界温度的差异可被划分为低温超导体以及高温超导体两大类别;从材料类型的角度进行分类,则可细分为合金超导体、化学材料超导体、氧化物超导体以及有机超导体等多种类型。我国于超导材料研究领域所取得的进展与国际水平大体保持同步状态,特别是在低温超导材料的研究、超导电子学的应用开发以及超导电工学的应用实践等方面,已然达到或者极为接近国际先进水准,在全球超导材料研究的前沿阵地占据了一席之地,为后续相关领域的技术突破与创新应用奠定了坚实基础。

超导分类图片
超导分类

超导行业发展历程

中国超导行业的演进历程主要涵盖三个关键阶段。在 20 世纪 80 年代的起步时期,1987 年堪称标志性年份,彼时,中科院物理所赵忠贤院士率团队于钇钡铜氧化物体系中,成功探得转变温度达 93K 的液氮温区超导体,此乃中国高温超导研究的关键里程碑。同年,因国际超导研究发展迅猛,赵忠贤院士联合众科学家向国务院建言,力促成立国家超导研究开发中心与实验室,后经国家计委批准,于中科院物理所筹建,为国内超导研究构筑起高端科研平台。

自 1990 年代至 2010 年代步入快速发展阶段,此阶段中国超导材料研究斩获显著成效。尤其是在实用化低温超导材料的探索进程中,历经长达十余年的艰辛攻关,中国在高性能 NbTi 和 Nb₃Sn 超导线材的制备工艺方面实现了重大技术跨越,其线材综合性能指标以及性能稳定性已攀升至国际前沿水平,在全球超导材料制备领域占据重要地位。与此同时,高温超导材料在基础理论研究与工艺技术研发层面亦取得长足进步,材料自身性能已基本能够契合各类应用场景的实际需求,为后续的产业化应用筑牢了根基。

自 2010 年代起直至当下,中国超导行业迈入产业化与应用拓展的崭新阶段。步入 21 世纪后,随着超导材料技术的日臻成熟以及应用领域的持续拓宽,超导技术在能源、电力、医疗、通信等诸多领域得到了深度且广泛的应用推广。诸如超导电缆、超导变压器等电力设备的创新性研制开发与实际推广运用,超导磁体技术在核磁共振这类前沿医疗设备中的高精度应用实践,以及超导材料于无线通信网构建进程里所展现出的独一无二的应用特性等,皆充分凸显出超导技术在现代科技及产业架构体系中蕴含的极为可观的应用潜能与卓越价值。其以突破性的技术优势,深度渗透至各相关行业领域,为电力传输的高效性与稳定性、医疗诊断的精准性与先进性、通信网络的高速性与可靠性等方面带来质的飞跃,进而强劲有力地驱动着相关行业在技术层面的深度革新以及整体发展进程的持续推进,成为推动现代科技与产业升级换代的关键力量源泉之一。

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超导行业发展历程

超导行业产业链

从产业链的角度深入分析,超导产业可以划分为三个关键组成部分:上游部分聚焦于铌、钛、钡、铋、锶等核心金属矿产资源的开采与供应,这些资源构成了超导产业稳固的基石;中游环节则集中在YBCO、BSCCO等超导材料带材的生产上,它们组成了超导产业的技术核心与关键环节;至于下游,则是利用超导材料开发的各种超导应用产品,如超导限流器、超导电缆、超导发电机、超导储能系统、超导滤波器及超导变压器等,这些产品作为超导技术的实际应用载体,广泛渗透于医疗设备(如MRI、NMR设备)、粒子加速器、电力传输系统、科研实验设施以及交通运输领域(如磁悬浮列车)等多个方面。

超导行业产业链图片
超导行业产业链

中国超导市场规模

近年来,科学界于超导材料领域不断斩获重大突破成果。其中,2023 年 6 月的一项发现极具里程碑意义,科学家成功揭示了硒化铁达成超导状态的创新机制。该成果不仅极大地拓展了超导研究的范畴与视野,还为该领域后续发展勾勒出全新的路径与方向。伴随超导技术的持续优化升级以及应用场景的持续开辟拓展,超导材料市场正呈现出迅猛的发展态势,规模扩张速度空前。

当前,已达成产业化的超导类别主要涵盖低温超导与高温超导两大类型。在低温超导领域,已实现商业化的有 NbTi(铌钛,临界温度 Tc = 9.5K)和 Nb₃Sn(铌三锡,Tc = 18K)。由于 NbTi 和 Nb₃Sn 具备卓越的机械加工特性以及显著的成本优势,其制备技术与工艺流程现已相当完备成熟。现阶段,低温超导的下游应用主要聚焦于磁控直拉单晶硅技术(MCZ)、磁共振成像仪(MRI)、质子加速器、核磁共振谱仪(NMR)、核聚变实验堆等。基于低温超导材料的应用装置通常在液氦温度(约 4.2K)环境下运行,是当下最为核心的实用化超导材料体系。而在高温超导方面,具有实用价值的主要包含MgB₂超导材料(Tc = 39K)、铋系(如BSCCO, Bi – Sr – Ca – Cu – O,Tc = 110K)、钇系(如YBCO, Y – Ba – Cu – O,Tc = 92K)、铁基超导材料等。其中,铋系被认定为第一代高温超导、钇系高温超导材料被认定为第二代高温超导,二者皆属氧化物陶瓷类别。于制造工艺方面,需突破加工脆性、精准把控氧含量以及应对与基体反应等难题,使得生产成本偏高。当下,高温超导下游终端应用主要关联可控核聚变、磁感应加热炉、超导滤波器、超导电缆等领域,相关应用装置通常运行于液氢温度(约 20K)至液氮温度(约 77K)范围。总体来看,当前国内超导市场低温超导占主导,其材料与应用在市场总量占比超 90%,高温超导尚处商业化初期,超导技术未来应用拓展空间极为可观。 总体而言,当前国内超导市场以低温超导占据主导地位,低温超导材料及其应用在超导市场总量中的占比超过 90%,高温超导尚处于商业化起步阶段,未来超导技术的应用拓展空间极为广阔。

据统计数据表明,2019 年中国超导材料行业市场规模达 4.23 亿元,至 2023 年已攀升至 15.12 亿元。以下为 2019 – 2024 年中国超导材料行业市场规模的相关数据:

2019-2024年中国超导材料行业市场规模图片
2019-2024年中国超导材料行业市场规模

超导行业市场规模预测分析

基于中国超导材料行业市场需求的持续上扬态势,预计在 2025 – 2031 年期间,中国超导材料行业市场规模将呈现出稳步递增的发展轨迹。至 2031 年,中国超导材料行业市场规模有望攀升至 53.83 亿元。以下为 2025 – 2031 年中国超导材料行业市场规模的预测详情:

2025-2031年中国超导材料行业市场规模预测图片
2025-2031年中国超导材料行业市场规模预测

超导行业发展趋势

近年来,中国超导行业彰显出极为强劲的发展活力与态势,于科学研究范畴斩获了一系列具有关键意义的重大突破成果,同时在商业化应用推广层面亦实现了意义深远的坚实迈进。瞻望未来发展前景,中国超导行业即将踏入更为广袤无垠的发展天地,迎来一系列前所未有的珍贵发展契机与战略机遇。

其一,政策扶持维度呈现出持续强化的显著趋势,为中国超导行业的稳健发展筑牢了坚实可靠的政策根基与后盾支撑。近些年来,国家宏观政策层面相继密集颁布了一系列旨在全方位支持超导材料产业发展的纲领性政策文件,诸如《“十四五” 原材料工业发展规划》以及《中国制造 2025》等重要规划均明确无误地将超导材料划定为重点聚焦且优先发展的前沿新型材料领域关键类别之一。这些政策举措不但为超导材料的深度研发工作提供了充裕且持续的资金专项扶持与资源倾斜配置,而且卓有成效地促进了科研学术机构与企业实体之间形成更为紧密无间的协同合作创新机制与模式,进而极大地加速了超导技术从实验室阶段迈向产业化规模化应用的进程节奏,有力推动了超导技术的商业化落地与普及推广。

其二,技术创新的步伐持续加速推进,已然成为驱动中国超导行业蓬勃发展的核心关键动力引擎。伴随科研资金投入的稳步递增以及科研人才团队的持续扩充壮大,中国在超导材料核心技术领域取得了一连串具有突破性影响力的重大进展与成果。从低温超导技术的深度优化与成熟应用,逐步延伸拓展至高温超导技术的关键突破与创新实践,乃至进一步延伸至室温超导这一极具前瞻性与挑战性的前沿探索领域,中国科研工作者在超导材料的基础研究与应用开发征程中始终不懈奋进,持续取得创新性的研究进展与阶段性成果。技术创新进程的深入推进不但显著提升了超导材料自身的综合性能指标与品质水准,使其能够更好地满足各类复杂严苛应用场景的实际需求,而且更为重要的是,技术创新还极大地拓宽了超导材料在多元领域的潜在应用边界与范畴,为超导行业的可持续发展源源不断地注入全新的内生动力与创新活力源泉,有力支撑着超导行业在全球科技竞争格局中占据更为有利的战略地位与竞争优势。

其三,应用领域的持续拓展延伸为中国超导行业孕育了极为广阔的市场发展空间与潜力。超导材料凭借其独一无二的物理特性与卓越性能表现,在电力能源、交通运输、医疗卫生、科学研究等多个核心关键领域均展现出极为诱人且极具潜力的广泛应用前景与市场价值。于电力能源领域,超导电缆以及超导储能装置的创新研发与规模化应用能够极为显著地降低电能在长距离传输过程中的损耗水平,进而有效提升整个能源传输与利用系统的效率与经济性;在交通运输领域,超导磁悬浮列车以及超导电动机等一系列具有创新性与前瞻性的新型交通载具装备的深度研发与推广应用,必将引领推动交通运输行业朝着绿色低碳、高效智能的方向实现跨越式发展与变革;而在医疗卫生领域,超导磁体作为核磁共振成像(MRI)等高端先进医疗诊断设备的核心关键部件组件,伴随现代医疗技术水平的持续进阶提升以及全球范围内 MRI 设备市场需求量的稳步增长攀升,超导材料在医疗卫生领域的应用市场规模亦将呈现出持续稳定增长的良好发展态势,为超导行业的多元化应用拓展提供了坚实稳定的市场需求支撑与保障。

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