编者按：本文源自微信公众号润土投资（ID：pldcapital），经微新创想授权转载。民生证券于8月10日发布了一份关于超导行业的深度报告，系统分析了超导的基本特性、应用领域以及我国超导行业的发展现状，并对超导的下游应用场景及未来趋势进行了深度研究。本文将解读报告核心内容，助您全面了解我国超导行业的发展水平。
### 超导介绍：基本特性、理论发展与应用领域
超导，全称超导电性，是指导体在特定温度下电阻降为零的状态。1911年，荷兰物理学家H·卡茂林·昂内斯首次发现汞在4.2K附近呈现超导态，这一发现开启了超导研究的新纪元。超导体具有三大基本特性：零电阻、完全抗磁性和量子隧穿效应。完全抗磁性由荷兰科学家迈斯纳和奥森菲尔德于1933年发现，即超导体会排斥外部磁场，使其内部磁感应强度为零。1962年，约瑟夫森预言了量子隧穿效应，即在超导体间存在电子对穿透绝缘层的现象，这一预言已被实验证实。
超导材料作为典型的量子材料，展现出零电阻和完全抗磁性等宏观量子现象，是现代科技发展的重要基石。超导材料的探索经历了三个主要阶段：1911年至1986年的低温超导材料发展阶段，1986年铜氧化物高温超导体的发现，以及2021年临界转变温度达39K的金属化合物MgB₂超导体的出现。自超导材料被发现以来，科学家们始终致力于实现“室温超导”，这一目标已成为全球研究的焦点。
超导材料通常分为低温超导和高温超导两大类。临界温度在液氦温区（4.2K）的超导体被称为低温超导体（如NbTi、Nb₃Sn），而临界温度在液氮温区（77K）的超导体则被称为高温超导体（如YBa-Cu-O）。在应用领域方面，超导体凭借零电阻和完全抗磁性，在电子学、生物医学、科学工程、交通运输、电力等领域具有广泛的应用前景。
然而，超导材料的大规模应用仍面临多重限制。超导电性需要在极低温度、适度磁场和较小电流密度下才能实现，一旦超出临界参数，材料将失去超导性能。其中，临界温度是应用的最大瓶颈，因为低温环境意味着高昂的制冷成本。因此，科学家们正致力于提高超导材料的临界温度，其中“三重天花板”是重点突破目标。
### 我国超导行业发展现状
我国在超导领域的研究已取得显著成就，尤其在液氮温区的研究方向上达到世界领先水平，并持续取得新突破。2003年2月18日，中国作为全权独立成员加入ITER计划，这是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，旨在通过磁约束实现可控核聚变。ITER计划需要采用NbTi和Nb₃Sn超导线材制造超导磁体，而中国已具备生产这些线材的能力，产品性能获得业界高度认可。
为鼓励超导产业发展，我国政府出台了一系列政策支持，并成立了超导技术委员会（IEC/TC90），负责制定超导材料和器件的国际标准。截至目前，IEC/TC90已颁布25项超导国际标准，我国主持的标准化项目包括铌钛和铌三锡复合超导线扭距测量、超导单光子探测器暗记数率等。此外，我国已发布25个超导国家标准，为行业发展提供了有力保障。
### 低温超导应用场景拓展与高温超导产业化
我国超导行业已实现低温超导材料的批量应用和高温超导材料的小规模应用。低温超导材料自1965年开始研究，其中NbTi和Nb₃Sn已实现商业化。NbTi超导线材因其优异的中低磁场性能、良好的机械加工性能和价格优势，在市场上占据90%以上的份额；而Nb₃Sn临界温度较高（18K），但材料脆性大、加工难度高、成本较高。
高温超导材料产业化正逐步加速。铜氧化物超导材料因其较高的临界温度和较低的制冷成本，具有更广阔的应用前景。Bi-Sr-Ca-Cu-O系和Y-Ba-Cu-O系是实用化前景较好的高温超导材料。第一代高温超导材料通过挤压力获得超导电性，如Bi-2212线材和Bi-2223带材；第二代高温超导带材（如YBCO）的生产工艺日趋成熟，将在绿色能源、智能电网、军事工业等领域得到广泛应用。目前，我国高温超导材料大规模应用的瓶颈主要在于材料价格过高，需要进一步提升技术成熟度和产业化能力。
### 超导产业下游应用场景持续突破
超导材料的应用场景不断拓展，未来若能在材料体系上实现突破，将显著促进商业化进程。
1. **MRI带动超导材料需求释放**：超导磁体是MRI设备的核心部件，1.5T和3.0T磁共振超导磁体的成本占比分别达30%~40%和50%~60%。随着我国MRI设备市场保有量持续增长，3.0T MRI设备占比进一步提高，将带动低温超导线材需求的进一步释放。
2. **核聚变领域的应用**：核能具有高能量密度、稳定可靠、清洁无污染等优点，磁约束聚变是实现核能开发的有效途径。中科院等离子体所自主研制的全超导托卡马克实验装置EAST（东方超环），采用NbTi超导体制造超导磁体，标志着聚变能发展进入全超导托卡马克时代。此外，EAST超导磁体也应用于中国聚变工程试验堆（CFETR）和ITER计划。
3. **射频超导腔在粒子加速器中的应用**：射频超导腔是新一代粒子加速器中的关键部件，采用铌超导腔的粒子加速器具有运行稳定、平均流强高、加速梯度高等优点。超导加速器在材料物理、高能物理、核物理等领域发挥着重要作用，国内相关科学项目预计将带来超800只需求，需求空间可观。
4. **MCZ应用逐步放量**：磁控直拉单晶硅技术（MCZ）是生产300mm以上大尺寸半导体级单晶硅的主要方法。随着单晶硅市场规模扩大，超导磁体需求持续释放。单晶硅行业产业链上游为多晶硅及特种气体，中游为单晶硅生产，下游应用于太阳能电池、光伏、半导体等领域。未来，随着硅片向大尺寸发展，MCZ法制备单晶硅所用的超导磁体需求量将大幅增加。
5. **高温超导感应加热技术产业化前景广阔**：高温超导感应加热装置具有磁场强度高、透热深度大、能效转化率高等优势。2023年4月，联创超导自主研制的世界首台兆瓦级高温超导感应加热装置在黑龙江投用，标志着我国超导热加工技术实现重大突破。该设备可用于铜、铝、镁、钛等材料的热加工，以及单晶硅生长炉、选矿和污水处理等领域，市场空间巨大。
6. **超导在电力领域的产业化应用**：高温超导技术在电力工业具有广阔前景，包括高温超导限流器、高温超导电缆、高温超导变压器等。其中，高温超导输电电缆率先迈向产业化，多个长距离高温超导电缆已挂网运行。我国已成为国际超导领域的中坚力量，随着示范工程的推进，超导电缆产业化大幕有望逐步拉开。
7. **车载高温超导磁体投入实验运行**：电动悬浮、超导磁悬浮列车具有运行速度快、车辆轻、悬浮间隙大等优点。国内车载超导磁体研究包括合肥物质研究院LTS磁体、上海交通大学HTS磁体、西南交通大学HTS磁体等，部分磁体已投入实验运行。高温超导带材具有临界电流高、温度裕度大、机械强度高等优点，在高速电动悬浮领域应用前景可期。
8. **二硼化镁（MgB₂）超导材料商业化前景**：MgB₂具有相干长度大、材料成本低、加工性能好等优点，可用于MRI系统、特殊电缆、风力发电电机等领域。提高MgB₂超导线带材的Jc和稳定性是未来研究重点。西北有色金属研究院正在用MgB₂超导线材制备开放式0.6T医用核磁成像系统，有望逐步向商业化发展。
参考资料：民生证券《超导行业深度报告：下个十年，奔向超导产业发展的星辰大海》本文为专栏作者授权微新创想发表，版权归原作者所有。文章系作者个人观点，不代表微新创想立场，转载请联系原作者。如有任何疑问，请联系http://www.idea2003.com/。