室温超导未必能到来，但高温超导的应用前景已经越来越广
最近几天室温超导十分火爆，有个韩国团队搞出一个 LK-99，可以在室温常压下实现超导，所以很多实验团队都在努力复现这一实验成果。
过去超导材料不是需要很低的温度，就是需要很高的压力，才能实现零电阻和完全抗磁性，相比高压来说，低温环境更安全，所以人们一直在找能在较高温度实现超导的材料。
为啥人们对于超导材料如此上心呢？因为超导材料对于科技进步有显著推进作用，甚至直接引爆第四次工业革命。
一般物质按照导电性划分可以分为绝缘体、半导体、导体、超导体，绝缘体基本不导电，半导体介于导电和不导电之间，目前是芯片主要材料，导体导电性好，可以用来做电缆电线，而超导体则电阻为零。
超导体不仅导电不会发热，没有电能损耗，还可以产生强大磁场，用作核磁共振，更好探明人体软组织变化，还可以用作超导计算机，运算速度比集成电路快上很多。
磁悬浮和可控核聚变也需要超导材料，如果常温超导能够实现，列车的运输速度会比现在提升一个台阶，经济运转的效率大大提升。
可控核聚变的实现会让人类有用不完的能源，电价变得极其低廉，很多非常科幻的东西都将成为现实。
还有上面说的这些高端的医疗、计算机、电力传输等成本都会大幅下降，让人类物质水平极大丰富。
因为有了用不完的电，淡化海水就可以产生无效供应的水，还有无限光照下可以有吃不完的粮食和肉类。
然而这次的韩国团队很可能又是一次炸胡，之前就有个叫迪亚斯的团队就说自己制备出了金属氢，也将解决可控核聚变问题，但后来被证实是假的，让他们展示实验成果时却说金属氢丢了，复现需要的条件也很苛刻，谁都没整出来。
还有很多研究团队说自己找到了室温超导，最后事实上都没做出来。
这次韩国团队的实验结果需要的条件比较简单，然而过去几天了也没有人复现出来，而且韩国的专家委员会说这个 LK-99 也无法证明具备超导性。
所以这次很有可能又是一次乌龙，但人类在超导材料领域的探索会一直持续下去，个人感觉还得靠我们国家的科研团队一步步去提高临界温度，想要一口吃成个胖子还是不现实。
我们可以先了解一下现在的超导材料发展到了什么程度，以及有哪些投资机会。
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高温超导和低温超导
目前正在应用的超导材料分为高温超导和低温超导，都要处于极低的温度才能实现超导，临界温度为 25K~30K，也就是-248℃至-243℃，低于这个温度的超导体为低温超导，高于这个温度的超导体为高温超导。
低温超导对低温的要求更高，一般需要在昂贵的液氦环境中工作，虽然已经应用于许多领域，包括磁共振成像、粒子加速器、磁悬浮列车等，但昂贵的制冷剂限制了应用范围。
低温超导的代表性材料是铌钛（NbTi）和铌三锡（Nb3Sn），
低温超导产业链主要包括上游原材料、 超导线材、超导磁体、超导设备四个环节。
NbTi 线材的上游还包括 NbTi 棒材环节，由于 Nb 和 Ti 的熔点相差较大，且 NbTi 合金中 Nb 的含量较多，如果控制不好熔炼技术，易产生不熔块，导致后续细芯丝 NbTi 线加工中断线，因此 NbTi 二元合金棒的制备非常困难。
由于低温超导技术发现和起步比较早，目前已在医疗领域开展应用。MRI 磁共振成像是当前低温超导技术最主要的应用领域。
相比于传统的 CT 成像，MRI 不仅没有辐射，还可以实现三维立体扫描、成像图分辨率高、对肿瘤早期诊断有较高的临床价值，目前已经广泛运用于全身各部位脏器的疾病诊断中。
而与永磁型 MRI 相比，超导 MRI 成像区磁场高，可以获得更高的分辨率，通过闭环运行方式实现磁场空间和时间稳定性更高，一般可达 10 年以上而不变化，这就决定了超导 MRI 具有永磁型 MRI 无可比拟的优势。
由于液氦稀缺难得，而且通常低温超导磁体会在内部磁感应强度高于 25 特斯拉时停止工作，这限制了低温超导体的磁场强度。
相比之下，高温超导由于临界温度提高，只需要在液氮中就可以实现超导，目前工业液氮制冷技术上十分成熟，一顿液氮价格在 1000 元以下，成本下降很多，又能突破低温超导的磁场强度上限，因此应用空间更加广阔。
高温超导技术在超导线缆、可控核聚变、高温超导感应加热设备等下游领域已经展开了规模化应用，呈现加速放量趋势。随着材料的成熟和下游应用领域的不断开展，高温超导行业已经迎来了规模商业化。
02
高温超导基本情况
高温超导材料主要有 Bi-Sr-Ca-Cu-O（BSCCO）和 Y-Ba-Cu-O（YBCO）材料、MgB2 超导材料、铁基超导材料等。
目前高温超导材料 YBCO 对临界电流密度、临界磁场强度的要求相比主流低温超导材料更低，应用场景更为广泛。
超导材料产业链上游为矿资源，如钇、钡、铋、锶、硼等金属；中游是超导材料，包括 YBCO、BSCCO 和 MgB2 等；下游是超导应用产品，如超导电缆、超导限流器、超导滤波、超导储能以及超导发电机等。
高温超导技术当前商业化应用场景更广，商业化程度更高，下游空间近千亿元。
我国对于超导材料的研究并不落后于国际水平，而且我国的低温超导材料 NbTi 线材性能和性价比已经优于发达国家，Nb3Sn 线材综合水平与发达国家相当。
从整条超导产业链来看，越往下游产品研发需要的时间、资金和人才投入越多，技术壁垒越高，抢先布局的企业可以构筑较高的专利壁垒，保障自身的行业领先地位。
由于超导体在实际应用中会被制成线材或带材使用，目前带材发展较为成熟，国内外涌现许多带材厂商，随着上海超导等企业持续扩大产能，带材的价格也在下降，推动了高温超导应用进一步扩大。
目前各大企业都在第二代高温超导线材的研究和应用上正在持续投入大量时间和经费，并将其作为下一代能源、交通和医疗等领域的关键支撑技术。
其中重点应用包括感应加热、磁约束可控核聚变、超导储能、超导电缆、核磁共振成像、超导磁悬浮、超导电机、粒子加速器等。
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高温超导的商业化应用
1、高温超导感应加热技术
高温超导感应加热通常采用如钇钡铜氧（YBCO）等高温超导带材绕制的超导磁体，在铁芯中产生背景磁场，由机械传动系统带动如铝锭等金属工件在磁场中旋转，工件切割磁力线形成涡流并产生焦耳热，实现对工件的热处理。
高温超导感应加热与传统交流感应加热相比具备加热效率高、加热质量高、可加热各种有色金属材料、安装维护简单便捷等优势，未来有望大规模替代传统加热设备。
一台高温超导感应加热设备可以替换 2 台传统工频炉，以每台挤压机配套 1 台高温超导感应加热设备计算，国内高温超导感应加热设备市场容量约为 4500 台，每年新增市场需求数量为 200 台。
因此国内高温超导感应加热设备市场空间超过 400 亿元。
当前国内布局高温超导终端设备的企业主要是联创光电，公司的高温超导感应加热设备已经在市场实现 0-1 突破，收到下游客户的正向反馈，市场需求旺盛，目前公司在手订单超 60 台，今年开启规模化批量交付。
目前国内仅有联创光电一家公司具备高温超导感应加热设备生产能力，且构筑起全面专利壁垒，技术领先全球数年。
2、磁约束可控核聚变
核聚变是原子核中的质子相互结合产生新原子核的过程，其释放的能量是核裂变的数倍，并且不会产生长期的放射性废物。
聚变核电站与裂变核电站类似，都是利用原子反应产生的热量烧水，产生蒸汽推动涡轮机发电，但聚变反应堆的能量十分巨大，发电条件的要求也很苛刻，至今也没能实现可控核聚变。
核聚变的一个技术路线是磁约束聚变，也称为“托卡马克核聚变”。
其原理就是用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的，处于热核反应状态（1 亿摄氏度以上）的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出能量。
氘-氚核聚变的能量密度是铀 235 裂变能的 100 倍，可从海水中提取，燃料来源广泛，且核反应过程中几乎没有核辐射，核废料也几乎没有放射性，反应好控制，只要断电就可以终止，可以避免发生核事故。
高性能的超导材料可助力其获得更强的磁场，因为更强的磁体意味着更小、更快、更便宜的可控核聚变装置，它有助于减小装置体积，加速商业核聚变系统开发。
高温超导材料推动了托卡马克装置的成本大幅降低，点燃了市场对可控核聚变商业化的热情，越来越多的创业公司入局可控核聚变领域。
目前已经有托卡马克装置产生的能量大于发生聚变反应提供的能量输入了，说明可控核聚变的商业化应用正在不断临近。
近几年新增的紧凑型、小型化托卡马克可控核聚变装置均采用高温超导磁体，这也带动了市场对高温超导磁体需求量上升。
3、超导储能
目前，用于电网的储能方式主要有 6 种：抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、超导磁储能、超级电容器储能和电化学储能。
超导磁储能系统将电磁能存储在超导储能线圈中，具有反应速度快、转换效率高、快速进行功率补偿等优点，在提高电能品质、改善供电可靠性及提高大电网的动态稳定性方面具有重要价值。
由于超导零电阻高密度载流特性，电能可以长时间无损耗储存，据研究表明，低温闭合超导线圈内电流衰减时间可长达十万年之久，基本可认为能量实现了无损耗储存。
4、高温超导电缆
高温超导电缆是高温超导材料率先应用于产业的场景之一，主要由冷却系统、电缆本体、终端以及监控系统四个部分组成。
由于采用了无电阻、高流通密度的超导材料作为导电体，高温超导电缆输电损耗极低，无需变压器升压，节省建设成本和占地面积，能够进行大容量输电，可以有效缓解城市电网的架空线入地策略所面临的地下廊道不足困难。
在实际工程项目中，高温超导导体材料一般选用 Bi-2223 以及 YBCO 涂层导体两种。YBCO 涂层导体为第二代高温超导带材，制作成本更低，更容易实现商业化，而且临界电流密度更大，临界磁场更高。
近两年，我国已经有两条超导线缆分别在深圳和上海实现顺利铺设并且持续供电，目前超导线缆正在开启规模化应用。
假设电力电缆年需求量的 1%使用高温超导电缆，则高温超导电缆在我国每年的需求总量将会达到 1000 公里，市场空间可达千亿元。
5、高温超导磁控晶硅生长炉
硅材料根据晶胞的排列方式不同，分为单晶硅和多晶硅。
单晶硅光电转换效率优势明显，光伏领域多采用单晶硅。半导体行业要求更高，因此全部使用单晶硅。单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法、区熔法两种。
综合成本和性能的因素，直拉法是目前主要的单晶硅规模化量产技术。直拉法可实现大尺寸单晶硅的生长，适合大规模集成电路和大面积太阳能电池的制备，广泛应用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底。
磁控直拉单晶硅技术是一种在传统直拉硅单晶生长基础上，外加磁场，从而抑制晶体生长中产生的热对流，有效提高长晶成功率，降低晶体内的氧含量，从而提高晶体质量，还可以实现高质量大尺寸单晶硅快速生长。
目前国际上 12 英寸及以上单晶硅制备全部采用超导磁场直拉单晶技术完成。对于 8 英寸以下单晶硅片制备设备，一般可采用永磁体或铜线圈导流产生磁场。
但是由于磁场强度低、功耗高，永磁体或铜线圈导流产生磁场无法用于 12 英寸及以上大尺寸晶体生长设备。
当前半导体硅片产品结构已经过半采用 12 寸硅片，而国内 12 寸硅片当前国产化率仅 13%。12 寸晶圆自主化生产将是国内未来发力重点，将对国内磁控直拉晶硅生长设备提出更大需求量。
当前 12 寸以上晶硅生长炉使用的超导磁体仍为低温超导磁体，需要浸泡在液氦中，液氦价格昂贵资源紧张，供应不稳定性极高。而且这种低温超导磁体主要从国外厂商采购，因此国内的高温超导磁体替代空间大。
使用高温超导材料制备的磁体体积更小且磁场强度更强，产品使用过程中仅需使用液氮或者制冷机制冷，冷却成本低，操作方便，替代优势较高。
当前高温超导带材价格正加速下降，随着国内联创光电为首的高温超导设备厂商加速相关应用研发，预计几年后高温超导磁体将在超导磁控单晶硅生长炉中开启规模化应用。
西部超导自主研发的专门用于磁控直拉单晶硅的大型制冷机直冷超导磁体已经实现了批量化制造，已服务国内外多家高品质 300mm 单晶硅棒生产企业，使用效果良好。
6、高温超导磁悬浮
高温超导电动悬浮是一种将高温超导技术和磁悬浮技术相结合的新型交通工具。
该技术利用了高温超导材料的零电阻特性，可以通入大电流，产生强磁场，再通过车载超导磁体与地面线圈磁场的相互作用，实现靠磁力驱动、导向、支撑的无接触运输方式，时速可达 600km 以上。
相比其他交通工具的轨道，高温超导悬浮列车需要运行在 U 型、半包围的轨道之内，不存在脱轨问题。
车辆的悬浮是通过车载超导磁体与地面线圈之间的电磁感应实现的，不需要主动控制，高速运行可靠性更高。
尽管相关技术受到了国外的封锁，但我国在各系统的关键技术研究方面都有了一定的阶段性成果。
磁悬浮列车的底部是超导磁体，轨道是永磁体，在将环境温度降至 196 摄氏度后，超导体电阻消失，通上电流后产生强大磁场，车体就会悬浮起来。
因为是零电阻，所以磁悬浮列车不需要车载电源，既安全又速度快，还能实现其他任何交通工具都难以达到的平稳性。
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相关标的
超导相关标的主要有三家，分别是永鼎股份、联创光电和西部超导。
永鼎股份主营业务为线缆制造和通信器件的系统集成，在光通信行业不仅做光纤光缆，还延伸至光芯片、光器件、 光模块、光网络集成系统等全产业链。
线缆制造上，公司不仅做传统电线电缆，还做汽车线束，高温超导方面主要做第二代高温超导带材及其应用设备，以及超导或通用电气产品。
公司以业内独有的磁通钉扎技术，研制应用于高温强磁场下的高载流超导带材，进一步推进了其在超导感应加热和可控核聚变堆的应用。
联创光电聚焦激光和超导两大主业，子公司联创超导定制的高温超导感应加热设备已经进入商业化应用。
公司具备全球唯一的兆瓦级感应加热设备生产能力，产品技术遥遥领先。目前全球仅有德国和韩国各有一台工业级超导感应加热装置，这些设备的工业生产效率远落后于公司的产品，这也保障了公司产品的竞争优势。
西部超导是我国高端钛合金棒丝材主要研发生产基地，是目前国内唯一实现超导线材商业化生产的企业，也是国际上唯一的铌钛铸锭、棒材、超导线材生产及超导磁体制造全流程企业，也是我国高性能高温合金材料重点研发生产企业之一。
公司的超导线材目前主要应用于磁约束核聚变、人体核磁共振成像仪（MRI）、核磁共振谱仪（NMR）、磁控直拉单晶硅（MCZ）磁体等领域。
未来有望拓展至核聚变工程堆、大科学工程、半导体、高速磁悬浮列车、新概念武器装备等领域，发展前景广阔。
还有一些其他企业也涉及超导领域，根据公开信息，布局人造太阳及高温超导的企业还有国光电气、高澜股份、炬光科技、安泰科技、东方电气、国机重装等。