中小盤研究：超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)長坡厚雪關(guān)注高壁壘降本加速方向

目錄TOC\o"1-1"\h\z\u一、超導(dǎo)體具備零電阻等特性，低溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)相對成熟 4二、超導(dǎo)屬典型前沿材料重點布局明確，預(yù)計未來五年CAGR超20% 7三、高溫超導(dǎo)電力領(lǐng)域應(yīng)用相對成熟，室溫超導(dǎo)是大勢所趨 10四：投資建議 15五：風(fēng)險提示 15插圖目錄圖1：典型超導(dǎo)材料發(fā)現(xiàn)年代與臨界溫度 4圖2：超導(dǎo)體臨界溫度、磁場與電流密度 5圖3：超導(dǎo)材料的量子隧穿效應(yīng) 5圖4：低溫超導(dǎo)線與Nb3Sn的典型截面 6圖5：低溫超導(dǎo)的典型應(yīng)用——磁共振成像儀（MRI） 9圖6：高溫超導(dǎo)的典型應(yīng)用——超導(dǎo)電纜系統(tǒng) 9圖7：2022年全球超導(dǎo)材料產(chǎn)品的市場規(guī)模為68億歐元/+3%，2022-2027年未來五年CAGR=23.1% 9圖8：2018→2022→2030，高溫超導(dǎo)份額4.4%→10%→25%驅(qū)動超導(dǎo)材料行業(yè)高速發(fā)展 9圖9：低溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?10圖10：下游超導(dǎo)設(shè)備MRI2022-2025年國內(nèi)增速超10% 12圖下游超導(dǎo)設(shè)備MCZ將隨硅片大尺寸趨勢放量 12圖12：高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?12圖13：第二代高溫超導(dǎo)帶材典型生產(chǎn)流程 13圖14：永鼎股份第二代高溫超導(dǎo)帶材實現(xiàn)量產(chǎn) 14圖15：聯(lián)創(chuàng)光電多工位超導(dǎo)感應(yīng)加熱裝置 14圖1“L99”超導(dǎo)制備過程 15圖1“L99”超導(dǎo)的“溫度電阻”曲線 15表格目錄表1：超導(dǎo)材料研究發(fā)展歷程簡介 4表2：低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料主要特性對比 6表3：超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)重點政策梳理 7表4：超導(dǎo)材料的主要應(yīng)用梳理 8表5：低溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈四大環(huán)節(jié)競爭格局 表6：第二代高溫超導(dǎo)帶材常見參數(shù) 13一、超導(dǎo)體具備零電阻等特性，低溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)相對成熟2023年7月，韓國SukbaeLee等人在Arxiv網(wǎng)站上提交題為《Superconductor????10?????????(????4)6??ShowingLevitationatRoomTemperatureandAtmosphericPressureandMechanism》的論文，闡述了名為“LK-99”室溫超導(dǎo)的存在，一石激起千層浪。（SonvitySC（轉(zhuǎn)變世紀(jì)下半頁的低溫物理學(xué)，當(dāng)前隸屬凝聚態(tài)物理的分支，業(yè)內(nèi)的主要研究方向是尋找超導(dǎo)1908HeikeKamer-Onnes圖1：典型超導(dǎo)材料發(fā)現(xiàn)年代與臨界溫度資料來源：《實用化Bi系超導(dǎo)帶材的制備工藝研究進(jìn)展》，表1：超導(dǎo)材料研究發(fā)展歷程簡介年份 發(fā)展歷程1911年 HeikeKamer-Onnes在溫度4.2K（-268.97℃）時用液氦冷卻汞時發(fā)現(xiàn)汞的電阻為零，發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)電性規(guī)律1933年 菲爾德和邁斯納發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體冷卻達(dá)到轉(zhuǎn)變溫度時，不僅電阻完全消失，還會出現(xiàn)抗磁性A.A.Abrikosov、VitalyLazarevichGinzburg（俄）和AnthonyLeggett（英）提出超導(dǎo)熱力學(xué)效應(yīng)，認(rèn)為超導(dǎo)19501957

是一種量子體系中的熱力學(xué)相變J.Bardeen、L.V.Cooper、J.R.Schrieffer（美）提出“電聲子耦合超導(dǎo)配對凝聚理論”（B-C-S），將超導(dǎo)現(xiàn)象看作宏觀量子效應(yīng)。臨界溫度下，兩個動量與自旋均相反的電子，可通過交換原子晶格振動量子，即聲子，而產(chǎn)生間接吸引的相互作用，從而組成具有能隙的低能穩(wěn)定態(tài)，即超導(dǎo)態(tài)1962年 約瑟夫預(yù)言，在薄絕緣層隔開的兩種超導(dǎo)體之間有電子能夠穿過，且不出現(xiàn)電壓麥克米蘭根據(jù)B-C-S理論推導(dǎo)出超導(dǎo)體臨界溫度上限公式，認(rèn)為超導(dǎo)體的臨界溫度不太可能超過39K，該溫1968年

度也被稱為“麥克米蘭極限”1973年 發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為32.4K（-249.92℃）的超導(dǎo)合金——鈮鍺合金1986年

繆勒和柏諾茲（瑞）在貝爾實驗室研究陶瓷材料LaBaCuO時，發(fā)現(xiàn)其在30K以下具備超導(dǎo)特性，打破液氫40K的溫度障礙1987年 朱經(jīng)武（美）趙忠賢（中）陸續(xù)把釔-鋇-銅-氧轉(zhuǎn)變溫度提高到了90K（-185.15℃），發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)體材料1988年 日本實現(xiàn)了液氮溫區(qū)超導(dǎo)體的理想，研發(fā)出了轉(zhuǎn)變溫度為110K（-165.15℃）的超導(dǎo)材料Bi-Sr-Cu-O日本東京工業(yè)大學(xué)細(xì)野秀雄教授和其合作者發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)變溫度為26K（-251.15℃）的氟摻雜鑭氧鐵砷化合物，20072008

掀起鐵基高溫超導(dǎo)體的研究浪潮55K2014年 吉林大學(xué)崔田教授通過計算預(yù)測在200GPa高壓下，硫化氫的超導(dǎo)臨界溫度在191K-204K之間。MIT曹原博士論述了雙層石墨烯在重疊角度為1.1°時會產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象201820192020

德國化學(xué)家發(fā)現(xiàn)十氫化鑭在壓力170GPa，溫度250K（-23℃）下有超導(dǎo)性出現(xiàn)Stanford發(fā)現(xiàn)鎳氧超導(dǎo)體，通過認(rèn)真分析母體化合物的電阻率和霍爾系數(shù)隨溫度的依賴關(guān)系，認(rèn)為母體化合物在低溫下存在非相干的Kondo散射迪亞斯在金剛石壓腔中合成碳質(zhì)硫氫化物（CSH），將臨界溫度提升至15℃，室溫超導(dǎo)首次被觀察到，但產(chǎn)生該現(xiàn)象的環(huán)境極為苛刻，壓強(qiáng)達(dá)2670億Pa2021年 發(fā)現(xiàn)臨界轉(zhuǎn)變溫度為39K的金屬化合物二硼化鎂超導(dǎo)體2023年 韓國合成室溫超導(dǎo)體改性鉛磷灰石（LK-99）并展現(xiàn)其超導(dǎo)特性（實驗復(fù)現(xiàn)過程中）資料來源：Arvix，Wikipedia，自然-材料，國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會，圖2：超導(dǎo)體臨界溫度、磁場與電流密度 圖3：超導(dǎo)材料的量子隧穿效應(yīng)資料來源：《第二代高溫超導(dǎo)導(dǎo)線在過電流沖擊下的性能衰退特性研究》，

資料來源：西部超導(dǎo)招股說明書，據(jù)國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會的資料顯示，超導(dǎo)材料主要特性分為完全導(dǎo)電性、完全抗磁性、量子隧穿性以及臨界性：T1.5-3nm左右時，由超導(dǎo)電子對的長程相干效應(yīng)也會產(chǎn)生隧道效應(yīng)；75年內(nèi)，臨界溫度的提升進(jìn)1986LaBaCuO的發(fā)現(xiàn)才令其逐步加速，因此我們可以說超導(dǎo)75年時間。提升超導(dǎo)材料的臨界溫度，往往需要施加27年后的當(dāng)下大家更多地在探討超導(dǎo)自“高的轉(zhuǎn)變：c<25K4℃b（，由于b（鈮鈦，9.K）與N3n（具備優(yōu)良的機(jī)械加工性能與成本優(yōu)勢，其制備技術(shù)與工藝已較為成熟?；诘蜏爻瑢?dǎo)材料的應(yīng)用裝置，一般在液氦的溫度下工作；c≥25鉍釔鑭釤鉈汞TlHg呈高毒性，BSCCO（鉍鋇鈣銅氧化YBCO（TBC（12KLB（3L（65B（等。基于高溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用裝置，一般在液氫與液氮的溫度區(qū)間內(nèi)工作。圖4：低溫超導(dǎo)線NbTi與Nb3Sn的典型截面資料來源：西部超導(dǎo)招股說明書，表2：低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料主要特性對比項目 低溫超導(dǎo) 高溫超導(dǎo)運行溫度電能消耗<25K均極少55-110K工作環(huán)境所涉材料材料價格磁場強(qiáng)度產(chǎn)業(yè)成熟度液氦（-269℃）NbTi/Nb3Sn/Nb3Al等穩(wěn)定在較低區(qū)間最高15T量化加工度及穩(wěn)定性高液氮（-196℃）BSCCO/MgB2/YBCO/鐵基等約為低溫超導(dǎo)的8-10倍最高45.5T量化加工度及穩(wěn)定性低磁體體積及重量 制冷系統(tǒng)較大，磁體體積及重量較大 制冷系統(tǒng)較小，磁體體積及重量較小資料來源：《高溫超導(dǎo)磁懸浮在軌道交通中的研究和應(yīng)用》，《中國超導(dǎo)材料及應(yīng)用發(fā)展戰(zhàn)略研究》，《超導(dǎo)材料及其應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景》，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，（臨界磁場的數(shù)量IIII鋅鎵鍺II釩SiC（碳化硅六氟化磷六氟化砷等。10TNb3Sn10T以上磁場。二、超導(dǎo)屬典型前沿材料重點布局明確，預(yù)計未來五年CAGR超20%國內(nèi)超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)在一系列政策，尤其是各類新材料政策的指引與支持下，逐步向著降低成本、提高性能、功能集成化的方向發(fā)展。201552025》就將超導(dǎo)材料ITE2003NbTiNb3Sn超導(dǎo)線材的生產(chǎn)能力，而項目瀕臨完結(jié)時在Nb3Sn69%7%（CFETR）奠定了堅實基礎(chǔ)；202112表3：超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)重點政策梳理發(fā)布單位 發(fā)布時間 文件名稱 內(nèi)容概要工信部、科技部、自然資源部

2021.12

展規(guī)劃》《推動首都高質(zhì)量發(fā)展標(biāo)

實施前沿材料前瞻布局行動，支持科研單位聯(lián)合企業(yè)，把握新材料技術(shù)與信鼓勵制定石墨烯等低維材料、高性能納米材料、光電子材料、量子材料、新首標(biāo)委 2020.01科技部 2017.05財政部、工信部 2017.05

準(zhǔn)體系建設(shè)實施方案》創(chuàng)新專項規(guī)劃》2017（金工作指南的通知》

型超導(dǎo)材料、超材料、增材制造材料等前沿技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。突破石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用技術(shù)，拓展納米材料在光電子、新能源、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用范圍。/仿生/材料前沿制高點。工晶體等新材料。發(fā)改委、能源局 2017.05發(fā)改委、財政部、

《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略（2016-2030）》

開展前沿性創(chuàng)新研究，加快研發(fā)氫能、石墨烯、超導(dǎo)材料等技術(shù)。加強(qiáng)超導(dǎo)材料基礎(chǔ)研究、工程技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究，積極開發(fā)新型低溫超工信部、科技部

2016.12 《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》

導(dǎo)材料，釔鋇銅氧等高溫超導(dǎo)材料，強(qiáng)磁場用高性能超導(dǎo)線材、低成本高溫超導(dǎo)千米長線等，在電力輸送、醫(yī)療器械等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。開發(fā)智能材料、仿生材料、超材料、低成本增材制造材料與新型超導(dǎo)材料；國務(wù)院 2016.11工信部 2016.10

興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《關(guān)于印發(fā)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力發(fā)展規(guī)劃（2016-2020）的通知》

積極參與國際熱核聚變實驗堆計劃（ITER），不斷完善全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置等國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。3D積、等靜壓、高效合成、結(jié)構(gòu)設(shè)計等核心工藝。高度關(guān)注顛覆性新材料對傳統(tǒng)材料的影響，做好超導(dǎo)材料、納米材料、石墨國務(wù)院 2015.05 《中國制造2025》

烯、生物基材料等戰(zhàn)略前沿材料提前布局和研制。加快基礎(chǔ)材料升級換代。資料來源：國務(wù)院、發(fā)改委、財政部、工信部、科技部、自然資源部、能源局、首標(biāo)委，30%60降到10（）弱電應(yīng)用：2025140（托卡馬克表4：超導(dǎo)材料的主要應(yīng)用梳理研究方向應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用行業(yè)說明超導(dǎo)電力電纜高效大容量電力輸送超導(dǎo)限流器輸電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性超導(dǎo)儲能系統(tǒng)超導(dǎo)電力技術(shù)超導(dǎo)變壓器超導(dǎo)電動機(jī)電工學(xué) 超導(dǎo)發(fā)電機(jī)應(yīng)用強(qiáng)磁場磁體超導(dǎo)磁體技術(shù)電力質(zhì)量調(diào)節(jié)和電網(wǎng)穩(wěn)定性高效大容量電力變壓器船舶電力推進(jìn)大型發(fā)電機(jī)和同步調(diào)相機(jī)粒子物理和核物理類的大科學(xué)工程、核磁共振、磁分離技術(shù)、磁性掃雷技術(shù)、高性能的材料制備、作物育種等電力及公用事業(yè)實驗室/醫(yī)藥/國防軍工/基礎(chǔ)化工/農(nóng)林牧漁基于零電阻、高密度載流特性、正常態(tài)-超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變特性及完全抗磁性的電工學(xué)應(yīng)用磁懸浮技術(shù)磁懸浮列車和磁懸浮推進(jìn)、飛輪、軸承和高精度陀螺儀等交通運輸/機(jī)械濾波器、諧振器、延遲線微波通信通信基于零電阻特性的微波與單光子探測單光子探測器精密測量醫(yī)藥/國防軍工電子學(xué)應(yīng)用電子學(xué)應(yīng)用 量子干涉儀用于微弱信號檢測，如腦磁、心醫(yī)藥/建筑/機(jī)械基于約瑟夫效應(yīng)的結(jié)型器件超導(dǎo)芯片磁、大地探測、無損檢測等低能耗超級計算機(jī)電子/計算機(jī)電子學(xué)應(yīng)用超導(dǎo)Qubit 超導(dǎo)量子計算機(jī)高頻電磁波 THz高頻電磁波的發(fā)射與接收 通信/國防軍工資料來源：《超導(dǎo)材料及其應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景》，中科院等離子體物理研究所，圖5：低溫超導(dǎo)的典型應(yīng)用——磁共振成像儀（MRI） 圖6：高溫超導(dǎo)的典型應(yīng)用——超導(dǎo)電纜系統(tǒng)資料來源：西部超導(dǎo)招股說明書， 資料來源：《高溫超導(dǎo)電纜研究現(xiàn)狀及應(yīng)用場景分析》，中國銀河證券研究院2022-2027年預(yù)計全球超導(dǎo)材料CAGR=23.1%，高溫超導(dǎo)份額抬升驅(qū)動行業(yè)高速發(fā)展。Conectus68億歐元CAGR=2.8%90%Nb3Sn電纜、變壓器、磁懸浮、直流感應(yīng)加熱、可控核聚變等領(lǐng)域潛力初現(xiàn)，加速可期，據(jù)GlobalMarketInsights（GMI）預(yù)測，2030年高溫超導(dǎo)將占據(jù)1/4的份額，高溫超導(dǎo)的高速增長將驅(qū)動全球超導(dǎo)材料行業(yè)2022-2027年未來五年CAGR=23.1%。圖7：2022年全球超導(dǎo)材料產(chǎn)品的市場規(guī)模為68億歐元/+3%，2022-2027年未來五年CAGR=23.1%資料來源：Conectus，圖8：201820222030，高溫超導(dǎo)份額4.4%10%25%驅(qū)動超導(dǎo)材料行業(yè)高速發(fā)展資料來源：Conectus，GlobalMarketInsights，三、高溫超導(dǎo)電力領(lǐng)域應(yīng)用相對成熟，室溫超導(dǎo)是大勢所趨上游原材料：Nb、、Sn、Cu等金屬元素，由于低溫超導(dǎo)線材行業(yè)對原NbTiNb3Snghyechnolgie（Tpanupeconuctrechnolgy（Bruker、英OxfordLauvataBrukerOxfordLauvataNb3Sn超導(dǎo)線NbTiNbNbTi合金Nb線在加工中身位領(lǐng)先；中游超導(dǎo)磁體：超導(dǎo)線材通過繞制能夠產(chǎn)生強(qiáng)磁場的超導(dǎo)線圈，以及結(jié)合其運行所GEPhilips、Siemens等知名企業(yè)，還有國內(nèi)的成都奧泰，所生產(chǎn)的超導(dǎo)磁體并不外售；MRI磁控直拉單晶硅核磁共振ITER設(shè)備中NbTiNb3SnNb3SnMRI為例，hilpnsPns7T3T產(chǎn)品已實現(xiàn)量產(chǎn)。圖9：低溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂碣Y料來源：西部超導(dǎo)2021年定增募集說明書，表5：低溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈四大環(huán)節(jié)競爭格局錠棒線材錠棒線材青銅法內(nèi)錫法磁體MRINMRITER電力西部超導(dǎo)√√√√√東方鉭業(yè)√久立特材√寧波健信√√濰坊新力√南京景泉√國內(nèi)成都奧泰蘇州安科√√√東軟醫(yī)療√上海聯(lián)影√鑫高益√江蘇中天√大連金山√廣東電網(wǎng)√美國GE√√美國ATI√美國Varian√日本JASTEC√√√日本JEOL√海外德國Siemens√√德國Bruker√√√√√√德國Nexans√√英國Oxford√√√√英國Luvata√√√荷蘭Philips√√

NbTi Nb3Sn 超導(dǎo)

超導(dǎo)設(shè)備資料來源：西部超導(dǎo)2021年定增募集說明書，《中國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2021）》，圖下游超導(dǎo)設(shè)備MRI2022-2025年國內(nèi)增速超10% 圖下游超導(dǎo)設(shè)備MCZ將隨硅片大尺寸趨勢放量資料來源：灼識咨詢， 資料來源：CPIA，高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈：主要包括上游原材料、中游超導(dǎo)線材帶材薄膜、下游超導(dǎo)設(shè)備三個環(huán)節(jié)。BiBaLaSmYBSCCOYBCOBSCCO線材帶材薄膜的生產(chǎn)工藝主要有共沉淀法、HTSYBCO帶材薄膜的生產(chǎn)工RABiTS+MODIBAD+MODIBAD+MOCVDIBAD+PLDIBAD+RCE，可用于ReBCO。生產(chǎn)或研發(fā)的單位有國內(nèi)的永鼎股份、漢纜股份、百利電氣、法爾勝、上海超HyperSuperOxBrukerSuNAMTheva在產(chǎn)能建設(shè)與研究實力上稍占上風(fēng)；降低約7（約5%、傳輸容量大、可靠性高等優(yōu)點，其在電力領(lǐng)域的應(yīng)用相對成熟，設(shè)備成套成系列（Hyper、Rockwell、ZenergyPowerSiemens、NexansKEPRIASLRSE等；圖12：高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂碣Y料來源：新材料在線，上海超導(dǎo)官網(wǎng)，圖13：第二代高溫超導(dǎo)帶材典型生產(chǎn)流程資料來源：上海超導(dǎo)官網(wǎng)，表6：第二代高溫超導(dǎo)帶材常見參數(shù)超導(dǎo)帶寬度等級lc(77K,s.f.)或lc(4.2K,10T)常規(guī)93-130A3mm高性能130-155A超高性能155-170A強(qiáng)電應(yīng)用4mm常規(guī)高性能114-160A160-190A應(yīng)用領(lǐng)域超高性能常規(guī)190-210A300-420A10mm高性能420-500A超高性能500-550A常規(guī)217-260A高場應(yīng)用3.3mm高性能超高性能260-303A303-347A4mm常規(guī)266-320A基帶厚度/材料

10mm

高性能 超高性能 常規(guī) 高性能 超高性能 30微米哈氏合金50微米哈氏合金單根長度 100-1000m可選鍍銅可選厚度 帶材總厚度 帶材總寬度5微米*2 65微米±10%可選配參數(shù)

鍍銅10微米*2 75微米±10%20微米*2 95微米±10%

3-10mm后處理

紫銅封裝

紫銅可選厚度 帶材總厚度 帶材總寬度75微米*2 205微米±10%4.8-12mm100微米*2不銹鋼可選厚度不銹鋼封裝80微米*2255微米±10%帶材總厚度215微米±10%帶材總寬度4.8-12mm