2023年超導(dǎo)材料行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析
產(chǎn)業(yè)趨勢(shì) 2023-11-14 06:26:07 中金普華產(chǎn)業(yè)研究院
超導(dǎo)材料是一種在低于某一溫度（臨界溫度）下表現(xiàn)出零電阻和完全抗磁性的材料，具有廣泛的應(yīng)用前景。本文將從超導(dǎo)材料的分類、產(chǎn)業(yè)鏈、市場(chǎng)規(guī)模、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢(shì)等方面對(duì)2023年超導(dǎo)材料行業(yè)進(jìn)行分析。
一、超導(dǎo)材料的分類
根據(jù)臨界溫度的不同，超導(dǎo)材料可以分為低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料。低溫超導(dǎo)材料是指臨界溫度低于液氦溫度（4.2K）的超導(dǎo)材料，也稱為常規(guī)超導(dǎo)材料，如鈮鈦（NbTi）、鈮三錫（Nb3Sn）等。高溫超導(dǎo)材料是指臨界溫度高于液氮溫度（77K）的超導(dǎo)材料，也稱為非常規(guī)超導(dǎo)材料，如銅氧化物超導(dǎo)材料、鐵基超導(dǎo)材料等。
二、超導(dǎo)材料的產(chǎn)業(yè)鏈
超導(dǎo)材料的產(chǎn)業(yè)鏈上游為制造超導(dǎo)材料的原材料，如鈮、鈦、釔、鋇、鉍、鍶、硼等金屬材料；中游產(chǎn)業(yè)是超導(dǎo)材料；下游的產(chǎn)業(yè)是超導(dǎo)應(yīng)用領(lǐng)域，如航天航空、醫(yī)療、電子電器以及新能源等。
三、超導(dǎo)材料的市場(chǎng)規(guī)模
據(jù)歐洲超導(dǎo)行業(yè)協(xié)會(huì)（Conectus）的數(shù)據(jù)，全球超導(dǎo)材料的市場(chǎng)規(guī)模近年來保持平穩(wěn)增長(zhǎng)，2018年全球超導(dǎo)材料市場(chǎng)規(guī)模為61.51億歐元，同比增長(zhǎng)6.1%。2019年全球超導(dǎo)材料市場(chǎng)規(guī)模約為64億歐元。預(yù)計(jì)到2023年，全球超導(dǎo)材料市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到75億歐元，年均增長(zhǎng)率為4.1%。
目前，全球超導(dǎo)材料市場(chǎng)的主要參與者是美國(guó)、日本、歐盟及中國(guó)等地區(qū)，其中日本的市場(chǎng)份額最大，近年來中國(guó)也加快了發(fā)展超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)的步伐，在高鐵、磁懸浮、超導(dǎo)電纜等領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。
四、超導(dǎo)材料的應(yīng)用領(lǐng)域
超導(dǎo)材料的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，通常分為三大類：大電流應(yīng)用（強(qiáng)電應(yīng)用）、電子學(xué)應(yīng)用（弱電應(yīng)用）和抗磁性應(yīng)用。其中，大電流應(yīng)用是指利用超導(dǎo)材料的零電阻特性，實(shí)現(xiàn)高效率、低損耗的電力輸配電、儲(chǔ)能、變壓、發(fā)電等功能，如超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)、超導(dǎo)變壓器等。電子學(xué)應(yīng)用是指利用超導(dǎo)材料的量子隧穿效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高速、高靈敏、高精度的信息處理、傳輸、存儲(chǔ)等功能，如超導(dǎo)單光子探測(cè)器、超導(dǎo)量子計(jì)算、超導(dǎo)微波器件等。抗磁性應(yīng)用是指利用超導(dǎo)材料的完全抗磁性，實(shí)現(xiàn)高場(chǎng)強(qiáng)、高均勻度、高穩(wěn)定性的磁場(chǎng)生成、控制、屏蔽等功能，如超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)磁懸浮、超導(dǎo)屏蔽罩等。
五、超導(dǎo)材料的發(fā)展趨勢(shì)
超導(dǎo)材料的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面：
（1）提高臨界溫度。提高臨界溫度是超導(dǎo)材料研究的核心目標(biāo)，也是實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)材料廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種高溫超導(dǎo)材料，如銅氧化物超導(dǎo)材料、鐵基超導(dǎo)材料、氫化物超導(dǎo)材料等，但其臨界溫度仍然低于室溫，制冷成本依然較高，應(yīng)用范圍也受到一定限制。因此，探索更高溫度的超導(dǎo)材料，甚至實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)，是超導(dǎo)材料研究的重要方向。
（2）降低成本。降低成本是超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)化的必要條件，也是提高超導(dǎo)材料市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。目前，超導(dǎo)材料的成本主要包括原材料成本、制備成本和制冷成本。為了降低成本，需要開發(fā)更廉價(jià)、更穩(wěn)定、更易加工的超導(dǎo)材料，優(yōu)化制備工藝，提高生產(chǎn)效率，以及采用更高效、更可靠的制冷系統(tǒng)。
（3）拓展應(yīng)用領(lǐng)域。拓展應(yīng)用領(lǐng)域是超導(dǎo)材料市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)張的重要途徑，也是推動(dòng)超導(dǎo)材料技術(shù)創(chuàng)新的重要?jiǎng)恿ΑＤ壳埃瑢?dǎo)材料已經(jīng)在電力、通信、醫(yī)療、交通等領(lǐng)域取得了一定的應(yīng)用，但仍有很多潛在的應(yīng)用領(lǐng)域有待開發(fā)，如新型能源、新一代信息技術(shù)、環(huán)保技術(shù)等。為了拓展應(yīng)用領(lǐng)域，需要結(jié)合不同領(lǐng)域的需求，設(shè)計(jì)更適合的超導(dǎo)材料，開發(fā)更多的超導(dǎo)產(chǎn)品，提高超導(dǎo)系統(tǒng)的可靠性和安全性。
綜上所述，超導(dǎo)材料是一種具有巨大應(yīng)用潛力的新型材料，其行業(yè)發(fā)展前景廣闊。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)化的推廣，超導(dǎo)材料的臨界溫度、性能、成本和應(yīng)用范圍都將得到不斷的改善和拓展，超導(dǎo)材料有望成為新一輪技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要推動(dòng)力量。
一、超導(dǎo)材料的分類
根據(jù)臨界溫度的不同，超導(dǎo)材料可以分為低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料。低溫超導(dǎo)材料是指臨界溫度低于液氦溫度（4.2K）的超導(dǎo)材料，也稱為常規(guī)超導(dǎo)材料，如鈮鈦（NbTi）、鈮三錫（Nb3Sn）等。高溫超導(dǎo)材料是指臨界溫度高于液氮溫度（77K）的超導(dǎo)材料，也稱為非常規(guī)超導(dǎo)材料，如銅氧化物超導(dǎo)材料、鐵基超導(dǎo)材料等。
二、超導(dǎo)材料的產(chǎn)業(yè)鏈
超導(dǎo)材料的產(chǎn)業(yè)鏈上游為制造超導(dǎo)材料的原材料，如鈮、鈦、釔、鋇、鉍、鍶、硼等金屬材料；中游產(chǎn)業(yè)是超導(dǎo)材料；下游的產(chǎn)業(yè)是超導(dǎo)應(yīng)用領(lǐng)域，如航天航空、醫(yī)療、電子電器以及新能源等。
三、超導(dǎo)材料的市場(chǎng)規(guī)模
據(jù)歐洲超導(dǎo)行業(yè)協(xié)會(huì)（Conectus）的數(shù)據(jù)，全球超導(dǎo)材料的市場(chǎng)規(guī)模近年來保持平穩(wěn)增長(zhǎng)，2018年全球超導(dǎo)材料市場(chǎng)規(guī)模為61.51億歐元，同比增長(zhǎng)6.1%。2019年全球超導(dǎo)材料市場(chǎng)規(guī)模約為64億歐元。預(yù)計(jì)到2023年，全球超導(dǎo)材料市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到75億歐元，年均增長(zhǎng)率為4.1%。
目前，全球超導(dǎo)材料市場(chǎng)的主要參與者是美國(guó)、日本、歐盟及中國(guó)等地區(qū)，其中日本的市場(chǎng)份額最大，近年來中國(guó)也加快了發(fā)展超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)的步伐，在高鐵、磁懸浮、超導(dǎo)電纜等領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。
四、超導(dǎo)材料的應(yīng)用領(lǐng)域
超導(dǎo)材料的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，通常分為三大類：大電流應(yīng)用（強(qiáng)電應(yīng)用）、電子學(xué)應(yīng)用（弱電應(yīng)用）和抗磁性應(yīng)用。其中，大電流應(yīng)用是指利用超導(dǎo)材料的零電阻特性，實(shí)現(xiàn)高效率、低損耗的電力輸配電、儲(chǔ)能、變壓、發(fā)電等功能，如超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)、超導(dǎo)變壓器等。電子學(xué)應(yīng)用是指利用超導(dǎo)材料的量子隧穿效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高速、高靈敏、高精度的信息處理、傳輸、存儲(chǔ)等功能，如超導(dǎo)單光子探測(cè)器、超導(dǎo)量子計(jì)算、超導(dǎo)微波器件等。抗磁性應(yīng)用是指利用超導(dǎo)材料的完全抗磁性，實(shí)現(xiàn)高場(chǎng)強(qiáng)、高均勻度、高穩(wěn)定性的磁場(chǎng)生成、控制、屏蔽等功能，如超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)磁懸浮、超導(dǎo)屏蔽罩等。
五、超導(dǎo)材料的發(fā)展趨勢(shì)
超導(dǎo)材料的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面：
（1）提高臨界溫度。提高臨界溫度是超導(dǎo)材料研究的核心目標(biāo)，也是實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)材料廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種高溫超導(dǎo)材料，如銅氧化物超導(dǎo)材料、鐵基超導(dǎo)材料、氫化物超導(dǎo)材料等，但其臨界溫度仍然低于室溫，制冷成本依然較高，應(yīng)用范圍也受到一定限制。因此，探索更高溫度的超導(dǎo)材料，甚至實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)，是超導(dǎo)材料研究的重要方向。
（2）降低成本。降低成本是超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)化的必要條件，也是提高超導(dǎo)材料市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。目前，超導(dǎo)材料的成本主要包括原材料成本、制備成本和制冷成本。為了降低成本，需要開發(fā)更廉價(jià)、更穩(wěn)定、更易加工的超導(dǎo)材料，優(yōu)化制備工藝，提高生產(chǎn)效率，以及采用更高效、更可靠的制冷系統(tǒng)。
（3）拓展應(yīng)用領(lǐng)域。拓展應(yīng)用領(lǐng)域是超導(dǎo)材料市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)張的重要途徑，也是推動(dòng)超導(dǎo)材料技術(shù)創(chuàng)新的重要?jiǎng)恿ΑＤ壳埃瑢?dǎo)材料已經(jīng)在電力、通信、醫(yī)療、交通等領(lǐng)域取得了一定的應(yīng)用，但仍有很多潛在的應(yīng)用領(lǐng)域有待開發(fā)，如新型能源、新一代信息技術(shù)、環(huán)保技術(shù)等。為了拓展應(yīng)用領(lǐng)域，需要結(jié)合不同領(lǐng)域的需求，設(shè)計(jì)更適合的超導(dǎo)材料，開發(fā)更多的超導(dǎo)產(chǎn)品，提高超導(dǎo)系統(tǒng)的可靠性和安全性。
綜上所述，超導(dǎo)材料是一種具有巨大應(yīng)用潛力的新型材料，其行業(yè)發(fā)展前景廣闊。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)化的推廣，超導(dǎo)材料的臨界溫度、性能、成本和應(yīng)用范圍都將得到不斷的改善和拓展，超導(dǎo)材料有望成為新一輪技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要推動(dòng)力量。
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