全球新能源材料发展概览：超导材料

全球新能源材料发展概览：超导材料

ISTIS,《２005年世界重点工业发展动态》写作组

1.超导体市场发展动向

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,预计未来仍有显著增长，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未来预测。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。未来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预测

(单位：百万欧元)

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。根据有关预测,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预测最低将达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

超导材料与技术的发展趋势是不断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主要用于强磁体，如核磁共振。日本已经研发30多年的超导磁浮列车中的超强磁体,就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已经成功实现了商业化。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，因而其发展和应用收到了严重的限制。

（2)高温超导材料

高温超导材料一般是指在液氮温度(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普通铜材料相比，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)已经商品化。粉末套管法（PIT)制备Bｉ-２223带材技术已经比较成熟。美国超导公司（AMSC)、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。

在继续改善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（CoateｄＣｏndｕctor,称CC导体或2Ｇ带材）。美国ＡCＣI计划设想：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200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,最近取得了显著进展:在Ni-５ａt%W合金的轧制织构基带（RAＢiTS）上,外延Y２Ｏ3／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很大。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已经实现商品化。

目前从事大面积YBCO超导薄膜开发工作的主要单位为美国Cｏｎduｃts 公司、Ｄupont公司、德国慕尼黑大学和ＴHEVＡ公司等。THEV A公司的大面积ＹBCO薄膜在国际上占主要份额,而慕尼黑大学的大面积ＹBＣO薄膜和相关技术发展最为突出,他们制备直径达9英寸的薄膜，77K下的临界电流密度达到2 106A／cｍ2。

铊系2212薄膜的海外主要研究单位是美国Ｄuｐｏｎt公司和ＳTI公司。Dup ｏｎt公司在９0年代发展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。