全球新能源材料发展概览超导材料

ISTIS，《2005年世界重点工业进展动态》写作组

1.超导体市场进展动向

当今在用的超导产品中，大部分使用低温超导体（LTS），这部分市场绝大多数来自于从大学研究到大型实验装置中的各种磁体。科研和技术开发（RTD）曾经是最早的超导体应用领域，而目前最大的超导应用市场则是医疗诊断，例如核磁共振成像（MRI）。2004年RTD和MRI这两大领域的全球超导体市场约为37亿欧元，估量以后仍有明显增长，至2010年将达到54亿欧元以上，其中仍以LTS为主导。2004年12月，欧洲超导应用联盟（CONECTUS）进行了对全球超导市场的现状统计和以后推测。有关市场数据代表超导材料、超导部件和超导（子）系统的年度销售额。

与传统应用领域相比，基于高温超导体（HTS）的新兴市场将会令人振奋。这些新兴领域可概括为新的大规模应用和新的电子学应用，即：电力、交通运输、（新）医疗应用、工业加工、信息和通讯。以后10年，在系统开发和成本降低的带动下，2010年这部分全球超导体市场将达到8亿欧元。

表：全球超导体市场现状和推测

(

资料来源：CONECTUS，2004

表：高温超导体HTS大规模应用

表：高温超导体HTS电子学应用

目前美国、欧洲各国、日本、韩国和中国竞相开展高温超导电缆、超导故障限流器、超导变压器、超导电机和超导储能装置等的研究。按照有关推测，超导电力技术将会在2010～2015年进入大规模应用。至2020年全世界超导技术市场推测最低将达975亿欧元（1200亿美元），其中超导电力技术将达284亿欧元（350亿美元）。

2.超导体材料技术进展和产业动态

超导材料与技术的进展趋势是持续探求更高温度的超导体，实现高温超导材料产业化技术在能源、电力、移动通讯、国防领域的应用。

(1)低温超导材料

液氦温度下的低温超导材料要紧用于强磁体，如核磁共振。日本差不多研发30多年的超导磁浮列车中的超强磁体，确实是用低温超导线材制作的超导线圈。以NbTi和Nb3Sn为代表的一些低温超导材料差不多成功实现了商业化。由于低温超导材料在强磁场下其临界电流会剧烈衰减，而且其临界温度太低──必须在昂贵的液氦（4.2K）系统中使用，因而其进展和应用收到了严峻的限制。

(2)高温超导材料

高温超导材料一样是指在液氮温度（摄氏零下196度）电阻可接近零的超导材料。同样直径的高温超导材料和一般铜材料相比，前者的导电能力是后者的100倍以上。正因为其损耗小，制成器件的体积小、重量轻、效率高，高温超导材料可广泛应用于民用和国防领域，如制造超导变压器、超导电缆、超导电机、超导磁悬浮列车等，是对国民经济、国防建设具有重大战略意义的新材料。

①高温超导带材

铋（Bi）系高温超导带材（即1G高温超导带材）差不多商品化。粉末套管法（PIT）制备Bi-2223带材技术差不多比较成熟。美国超导公司（A

MSC）、日本住友电工（SEI）、澳大利亚金属制造公司（MM）和德国真空冶炼公司都具备批量化生产千米长带的能力。

在连续改善1G带材的同时，美国、日本、德国、韩国等国正在努力研究开发一种在柔性金属基带上涂以钇钡铜氧(YBCO)厚膜的涂层导体（Coat ed Conductor，称CC导体或2G带材）。美国ACCI打算设想：当涂层导体在77K使用时，价格将低于50美元/kA·m，大大低于现在1G带材大约2 00美元/kA·m(77K)。到2010年，2G带材的价格还会降到上述的1/4。

成立于1987年的美国AMSC公司在Bi带制备技术和批量化制备能力上处于世界领先地位，目前拥有700余件专利。该公司2004（3月）、2005（3月）财政年度1G高温超导带材的出货量分别达到155千米、389千米，临界电流平均达到140A。该公司正大力开发2G高温超导带材，最近取得了明显进展：在Ni-5at%W合金的轧制织构基带（RABiTS）上，外延Y2O 3/YSZ/CeO2过渡层，再用“BaF2”YBCO沉积技术，已制得十米长涂层导体，全长测量Ic=107A/cm-width（77K，自场）。AMSC公司目标是在2007年12月实现300千米/年的2G带材产能。

②高温超导薄膜

高温超导薄膜是制备超导滤波器和其他超导电子器件的关键材料，在通讯、医疗、探测等弱电应用领域需求量专门大。上世纪90年代初期，美、日、英、德、俄等国投入巨资，进行2-3英寸双面高温超导薄膜材料的研究开发，以钇钡铜氧（YBCO）和铊钡钙铜氧（TI）为主的超导薄膜材料差不多实现商品化。

目前从事大面积YBCO超导薄膜开发工作的要紧单位为美国Conducts 公司、Dupont公司、德国慕尼黑大学和THEV A公司等。THEV A公司的大面积YBCO薄膜在国际上占要紧份额，而慕尼黑大学的大面积YBCO薄膜和有关技术进展最为突出，他们制备直径达9英寸的薄膜，77K下的临界电流密度达到2106A/cm2。

铊系2212薄膜的海外要紧研究单位是美国Dupont公司和STI公司。D upont公司在90年代进展TI系薄膜为材料的超导滤波器。由于TI膜的临

界温度高，具有抗各种外界环境的能力，在空间探测应用方面有优势，具有一定的战略意义，因此，国外各公司都不出售n系薄膜。

③高温超导块材

高温超导块材可广泛应用于电力、交通、机械等领域。日本ISTEC可制备单畴直径达10cm，冻结场17T(30K)，磁悬浮力16N／cm2的YBCO 块材。大尺寸、高冻结磁场的超导块材，可应用于超导飞轮储能、超导永磁电机、磁悬浮系统、磁分离污水处理、高场永磁体等。