国内外超导技术研究及应用专利分析

国内外超导技术研究及应用专利分析

作者：侯婧

来源：《新材料产业》 2017年第7期

自 1911年超导现象发现至今的100多年间，超导技术实现了飞速的发展，尤其是1986

年高温超导体被发现以来，超导领域的技术人员已经发现了多达100多种的高温超导体。超

导技术已经成为备受瞩目的高新技术之一，其具有重大的经济战略意义，有着巨大的商业价

值和广阔的应用前景。利用超导材料的零电阻特性、抗磁性及宏观量子效应等常规材料不具

备的特性，超导体能够实现大电流传输，获得强磁场等技术效果，因此超导技术在电力电子、军事、医疗、交通运输等领域得到了广泛应用。

一、专利数据分析

随着超导技术的高速发展，超导技术领域的专利申请也呈现了快速增长的趋势。本文通

过对超导技术领域的专利进行检索，分析了国内外专利申请状态，并重点介绍了国内申请趋势、申请人、技术构成以及主要应用。使用的检索系统为incopat 1 科技创新情报平台，

检索要素涉及超导技术相关IPC （国际专利分类2 ）分类号：

H01B、 H01F、 H01L、 H03K、 G11C、G01R33等小类，并结合关键词“超导” ，检索

专利公开时间截至2017年6月16日，检索得到相关专利申请总数为90 470件。

1. 全球申请趋势分布

图 1显示了涉及超导技术的专利申请在全球范围内历年申请量的分布图，反映了超导技

术领域的发展趋势。 1957年以前的申请量较少，因此本文不进行统计分析。从图1中可以

看出， 1957-1986年是超导技术的成长期，该阶段的申请量稳步提升，1981年申请量突

破了 1 000件；而1987年申请量出现了激增，一跃达到了 7 178件，这与 1986年高温

超导体被发现及随后出现的“超导热” 是密不可分的；此后的几年呈现了回落的态势，但直到1993年，该领域的申请量都在2 000件以上，保持在较高的水平。自1994年至今，

超导技术的申请量较为平稳，维持在 1 500 ～2 000件左右的数量。由于专利公开存在滞后性， 2016-2017年的部分申请未能公开，因此2016-2017年的数据不能全面反映该年份对应

的申请量，此处不作分析。

2．全球申请区域分布图 2反映了超导技术领域申请量排名前 10位的国家/地区的分布趋势。从图中可以看出，日本在该领域的申请量显著领先于其他国家/地区，占全球申请总量

的50.83%，申请量共计42 973件，日本在该领域具有绝对领先的技术实力。排名2-5位的

分别为：美国、欧洲专利组织、德国、中国，申请量均在3 000件以上，可见我国在超导技术方面的探索和研究位居世界前列。

3. 国内申请趋势分析

图 3显示了国内申请人在超导技术领域的专利申请趋势，我国自1985年才开始提出相关申请， 1988年申请量出现了 135件的小高潮，

1985-2001年期间，国内申请人的申请量与全球申请量趋势基本类似。经过 1987-1989年间的增长期后，申请量一直保持较为稳定的水平。而与全球申请趋势不同的是，国内申请人在该领域的申请量自2002年开始又出现了大幅攀升，直至2012年达到了376件的巅峰值，这与我国在 2012年制定的《新材料产业“十二五” 发展规划》不无关系，《新材料产业“十二五” 发展规划》中明确指出，重点发展的前沿新材料中包含超导材料，着重发展高

温超导千米长线、高温超导薄膜材料规模化制备技术，满足核磁共振成像、超导电缆、无

线通信等需求。

4. 国内申请人分布

图4显示了1985-2017年累计专利申请量情况，其中，排名第1位的申请人为中国科学

院电工研究所，申请量256件，占比12.69%，排名2-5位的分别为西北有色金属研究所、

西南交通大学、中国科学院物理研究所，以及北京云电英纳超导电缆有限公司。其中，最

早涉足超导技术领域的为中国科学院物理研究所、北京有色金属研究总院，分别在1987年就提出了相关申请，而申请量最大的中国科学院电工研究所则在2004年才开始了相关领域的申请，并且在2012年前后出现了爆发式的增长，处于绝对的领先优势。

5. 国内申请人类型

表 1反映了国内申请人的类型分布，其中，国内申请人中科研单位和大专院校占比较大，申请量总计 1 246件，超出企业 791件的申请量，结合图 4也可以得出，排名前 10位的

申请人中有 7家都是科研单位或大专院校，可见，超导技术主要研发力量还是集中于科研院

所和高校中，目前在我国的商业化和产业化程度并不是很高。

6. 国内申请技术构成

表 2显示了涉及超导技术的国内申请的技术构成情况，通过申请所属的IPC主分类来体

现技术方向，其中列出了申请量排名前 10位的IPC小组对应的专利申请数量，主要涉及超

导电缆、传输线，超导磁体、超导线圈及超导器件的制造、超导测量等领域，这与我国《新材料产业“十二五” 发展规划》中提出的重点发展方向基本相吻合。

图 5显示了 1985-2017年各技术方向累计专利申请量情况，可以看出在我国超导技术的

申请主要集中于超导电缆、传输线的探索和研究，其次为电缆制造的专用设备、制造导体、超导磁体和超导磁体线圈。

二、主要应用及重点专利

由于超导体的独特性能，其在电力电子、军事、医疗、交通运输等领域得到了广泛应用。专利被引证频次反映了专利技术的被关注度，是评价专利技术重要程度的主要参考指标。以下根据应用领域介绍了引证频次较高的部分重点专利技术。

1. 超导线缆

超导材料的零电阻特性使其成为电流传输的理想导体，其能够有效减小电能在传输中的损耗。高温超导电缆具有损耗低、容量大、结构紧凑、环保等特点，可用于大容量远距离输电，能够节省大量材料及安装成本。

公开号为CN101989472A的中国申请披露了一种芯部增强多芯二硼化镁（MgB 2 ）超导线/带材的制备方法，可制造高强度、千米量级的超导线/带材，首先制备一次复合单芯线材，其次二次复合组装获得二次多芯复合棒（图6）；最后拉拔加工获得芯部增强的多芯MgB 2 超导线材。

公开号为CN1411004A的中国申请披露了一种硼化镁超导线材及其制备方法，采用具有超

导性能的MgB 2 作为线芯，线芯外包覆金属覆层，其中金属覆层选自低碳钢、镍或钽。获

得的超导线材性能优良， MgB 2 晶粒细化，加工过程中金属流动性高，避免出现断裂。