全球新能源材料發(fā)展概覽：超導(dǎo)材料

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1、全球新能源材料發(fā)展概覽：超導(dǎo)材料ISTIS，《2005年世界重點(diǎn)工業(yè)發(fā)展動態(tài)》寫作組1.超導(dǎo)體市場發(fā)展動向當(dāng)今在用的超導(dǎo)產(chǎn)品中，大部分使用低溫超導(dǎo)體（LTS），這部分市場絕大多數(shù)來自于從大學(xué)研究到大型實(shí)驗(yàn)裝置中的各種磁體?？蒲泻图夹g(shù)開發(fā)（RTD）曾經(jīng)是最早的超導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域，而目前最大的超導(dǎo)應(yīng)用市場則是醫(yī)療診斷，例如核磁共振成像（MRI）。2004年RTD和MRI這兩大領(lǐng)域的全球超導(dǎo)體市場約為37億歐元，預(yù)計未來仍有顯著增長，至2010年將達(dá)到54億歐元以上，其中仍以LTS為主導(dǎo)。2004年12月，歐洲超導(dǎo)應(yīng)用聯(lián)盟（CONECTUS）進(jìn)行了對全球超導(dǎo)市場的現(xiàn)狀統(tǒng)計和未來預(yù)測。有關(guān)市場

2、數(shù)據(jù)代表超導(dǎo)材料、超導(dǎo)部件和超導(dǎo)（子）系統(tǒng)的年度銷售額。與傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域相比，基于高溫超導(dǎo)體（HTS）的新興市場將會令人振奮。這些新興領(lǐng)域可概括為新的大規(guī)模應(yīng)用和新的電子學(xué)應(yīng)用，即：電力、交通運(yùn)輸、（新）醫(yī)療應(yīng)用、工業(yè)加工、信息和通訊。未來10年，在系統(tǒng)開發(fā)和成本降低的帶動下，2010年這部分全球超導(dǎo)體市場將達(dá)到8億歐元。表：全球超導(dǎo)體市場現(xiàn)狀和預(yù)測(單位：百萬歐元)商業(yè)領(lǐng)域2004年2010年研究和技術(shù)開發(fā)（RTD）600815核磁共振成像（MRI）29504620RTD和MRI市場總計35505435新的大規(guī)模應(yīng)用35495新的電子應(yīng)用65315新興市場總計100810總體市場3

3、6506245低溫超導(dǎo)體（LTS）市場份額36105630高溫超導(dǎo)體（HTS）市場份額40615資料來源：CONECTUS，2004表：　高溫超導(dǎo)體HTS大規(guī)模應(yīng)用表：高溫超導(dǎo)體HTS電子學(xué)應(yīng)用目前美國、歐洲各國、日本、韓國和中國競相開展高溫超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)故障限流器、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)電機(jī)和超導(dǎo)儲能裝置等的研究。根據(jù)有關(guān)預(yù)測，超導(dǎo)電力技術(shù)將會在2010～2015年進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用。至2020年全世界超導(dǎo)技術(shù)市場預(yù)測最低將達(dá)975億歐元（1200億美元），其中超導(dǎo)電力技術(shù)將達(dá)284億歐元（350億美元）。2.超導(dǎo)體材料技術(shù)進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)動態(tài)超導(dǎo)材料與技術(shù)的發(fā)展趨勢是不斷探求更高溫度的超導(dǎo)體，

4、實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)在能源、電力、移動通訊、國防領(lǐng)域的應(yīng)用。(1)低溫超導(dǎo)材料液氦溫度下的低溫超導(dǎo)材料主要用于強(qiáng)磁體，如核磁共振。日本已經(jīng)研發(fā)30多年的超導(dǎo)磁浮列車中的超強(qiáng)磁體，就是用低溫超導(dǎo)線材制作的超導(dǎo)線圈。以NbTi和Nb3Sn為代表的一些低溫超導(dǎo)材料已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。由于低溫超導(dǎo)材料在強(qiáng)磁場下其臨界電流會劇烈衰減，而且其臨界溫度太低──必須在昂貴的液氦（4.2K）系統(tǒng)中使用，因而其發(fā)展和應(yīng)用收到了嚴(yán)重的限制。(2)高溫超導(dǎo)材料高溫超導(dǎo)材料一般是指在液氮溫度（攝氏零下196度）電阻可接近零的超導(dǎo)材料。同樣直徑的高溫超導(dǎo)材料和普通銅材料相比，前者的導(dǎo)電能力是后者的10

5、0倍以上。正因?yàn)槠鋼p耗小，制成器件的體積小、重量輕、效率高，高溫超導(dǎo)材料可廣泛應(yīng)用于民用和國防領(lǐng)域，如制造超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)磁懸浮列車等，是對國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)具有重大戰(zhàn)略意義的新材料。①高溫超導(dǎo)帶材鉍（Bi）系高溫超導(dǎo)帶材（即1G高溫超導(dǎo)帶材）已經(jīng)商品化。粉末套管法（PIT）制備Bi-2223帶材技術(shù)已經(jīng)比較成熟。美國超導(dǎo)公司（AMSC）、日本住友電工（SEI）、澳大利亞金屬制造公司（MM）和德國真空冶煉公司都具備批量化生產(chǎn)千米長帶的能力。在繼續(xù)改善1G帶材的同時，美國、日本、德國、韓國等國正在努力研究開發(fā)一種在柔性金屬基帶上涂以釔鋇銅氧(YBCO)厚膜的涂層導(dǎo)

6、體（CoatedConductor，稱CC導(dǎo)體或2G帶材）。美國ACCI計劃設(shè)想：當(dāng)涂層導(dǎo)體在77K使用時，價格將低于50美元/kA·m，大大低于現(xiàn)在1G帶材大約200美元/kA·m(77K)。到2010年，2G帶材的價格還會降到上述的1/4。成立于1987年的美國AMSC公司在Bi帶制備技術(shù)和批量化制備能力上處于世界領(lǐng)先地位，目前擁有700余件專利。該公司2004（3月）、2005（3月）財政年度1G高溫超導(dǎo)帶材的出貨量分別達(dá)到155千米、389千米，臨界電流平均達(dá)到140A。該公司正大力開發(fā)2G高溫超導(dǎo)帶材，最近取得了顯著進(jìn)展：在Ni-5at%W合金的軋制織構(gòu)基帶（RABiTS

7、）上，外延Y2O3/YSZ/CeO2過渡層，再用“BaF2”YBCO沉積技術(shù)，已制得十米長涂層導(dǎo)體，全長測量Ic=107A/cm-width（77K，自場）。AMSC公司目標(biāo)是在2007年12月實(shí)現(xiàn)300千米/年的2G帶材產(chǎn)能。②高溫超導(dǎo)薄膜高溫超導(dǎo)薄膜是制備超導(dǎo)濾波器和其他超導(dǎo)電子器件的關(guān)鍵材料，在通訊、醫(yī)療、探測等弱電應(yīng)用領(lǐng)域需求量很大。上世紀(jì)90年代初期，美、日、英、德、俄等國投入巨資，進(jìn)行2-3英寸雙面高溫超導(dǎo)薄膜材料的研究開發(fā)，以釔鋇銅氧（YBCO）和鉈鋇鈣