記憶猶新：中、美、日三國科學家「超導大戰」

知識 08-04

上世紀80年代末90年代初，中、美、日三國科學家的「超導大戰」至今仍讓人記憶猶新。在那場「大戰」中，中國科學院物理研究所超導研究團隊不分晝夜地在實驗室工作，困得實在受不了了，就在桌子上躺一躺或在椅子上靠一會兒打個盹兒，醒了繼續做實驗。

經過二三十年的不懈探索，這支隊伍在鐵基超導材料的探索中掀開了新篇章，創造了中國超導又一個新奇蹟，為超導研究和應用開闢了一片嶄新的天地，大大方便和加速了全世界的高溫超導研究，使超導界的未來之路又變得光明起來。他們唯一的秘訣，就是堅持！

從100多年之前發現超導現象，到現在超導材料與技術的大力發展。歷經百年滄桑，歷代科學巨匠也是孜孜以求，可以說，我們人類對超導材料的研究與開發已經站在了一個新的高度。我們完全可以站在這個更高的平台上去構建我們的超導材料的應用藍圖。

一、超導材料簡介

超導，全稱超導電性，是20世紀最偉大的科學發現之一，指的是某些材料在溫度降低到某一臨界溫度，或超導轉變溫度以下時，電阻突然消失的現象，具備這種特性的材料稱為超導材料。

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超導材料在超導狀態下具有零電阻特性，超導材料的這種特性可以實現在極小面積的電磁鐵中通過巨大的電流，從而產生場強極高的磁場。利用超導材料可以製備場強高、體積小、重量輕的超導磁體，具有常導材料所無法比擬的優勢。

零電阻是超導體的一個重要特性;實驗表明：超導狀態中零電阻現象不僅與超導體溫度有關，還與外磁場強度和通過超導體的電流有關，這意味著存在臨界電流，超過臨界電流就會出現電阻。

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邁斯納效應是超導態的另一個基本特徵，處在超導態的物體完全排斥磁場，即磁力線不能進入超導體內部，這一特徵也叫完全抗磁性。

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大多數過渡元素和稀土元素都具有超導性；元素超導體中，泥具有最高臨界轉化溫度(9.2 K)；只有釩、泥和擔屬於第二類，其他元素均屬第一類；大多數超導合金和化合物則屬於第二類。

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二、超導材料應用

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三、超導材料發展歷史

1911年，荷蘭萊頓實驗室Karner Ingh Onns首次在4.2 K時發現水銀零電阻現象即超導現象。他於1913獲得諾貝爾獎。

1986年，物理學家Bednorz和Mueller於發現超導轉變溫度在30K溫區的高溫銅氧化物超導體，為進一步發現在液氮溫區值的高溫超導體開闢了道路。他們於1987年獲諾貝爾獎。

銘系YBCO(YBa2Cu3O7一x)和鉍系BSCCO(Bi2Sr2Ca2Cu3Oy)材料的發現使高溫超導材料走入實用化階段。

超導材料的研究在當今與納米科技相結合走入一個全新的時代。

我國在中長期科技規劃中把高溫超導材料列為重點發展的前沿課題(2006-2020)。

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在超導材料方面一共出現5次10人獲得諾貝爾物理學獎。

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四、超導材料產業鏈

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五、相關工藝流程

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六、超導市場分析

根據歐洲超導應用公司協會(Conectus)的統計數據，目前超導產業實現應用的幾乎全部是低溫超導。2011年全球超導市場規模為50.80億歐元，其中低溫超導市場規模達到50.50億歐元，佔比99.4%；預計2016年全球超導市場規模將達到56.65億歐元，其中低溫超導市場規模達到55.35億歐元，佔比97.7%。

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根據國外市場研究機構Technavio的報告，2015一2019年，全球超導體市場將以年複合增長率3.64%增長。

據預估，世界範圍內到2020年超導產業的產值將達到2400億美元；其中高溫超導佔60%-70%，達到150例乙美元左右。而隨著國內外在移動通信、衛星通信、雷達等領域的產業化進程的推進，高溫超導在弱電領域的應用將會首當其衝成為產業化先行者。

移動通信爆發，高溫超導濾波器是解決基站干擾的最有效方法。超導濾波子系統在移動通信領域具有巨大優勢(特別是3、4G時代)，假設2015年使用超導濾波子系統的基站佔比達到30%，則將形成超過500億的巨大市場空間。

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按照「十二五規劃」，至2020年，我國超導限流器潛在市場容量1500億;超導材料潛在市場容量800億。

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超導行業的發展必將引發對超導材料的大量需求。因此我國超導行業要發展壯大，超導材料必須要實現國產化。

七、我國超導市場

中國優勢資源展現未來中國在超導產業的優勢

從高溫超導材料使用的原材料發展情況來看，不論是BSCCO/2223系(第一代超導材料)，還是YBCO/123(第二代超導材料)，都需要使用中國具有優勢資源的稀有小金屬為主要原材料。特別是第二代YBCO中的稀土釔是中國具有戰略性資源的重稀土主要成份，此外，我國還是世界最大鋇儲量國，佔全球43%的儲量。

隨著戰略新興產業規劃推動，中國擁有資源優勢的相關產業鏈將會在未來10年得到深化發展。

高溫超導材料製備所面臨的問題

材料製造成本高，價格昂貴；

高溫超導材料臨界電流和臨界磁場的提高仍是科學家研究的難題；

在長距離超導線材的製造上仍然有很大的難度。

八、國內外知名企業

國外企業

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