重大突破!复旦大学物理学系团队发现新型高温超导体,超导体积分数高达86%,登上最新一期Nature【附超导产业技术趋势展望】

瞻研究

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复旦大学 图源:摄图网

超导体指的是在特定转变温度之下电阻为零且呈现完全抗磁性的材料,能广泛应用于电力传输和储能、医学成像、磁悬浮列车、量子计算等领域,具有重要的科学研究和技术应用价值。

按照超导体的临界温度,可以将超导体分为低温超导体和高温超导体。其中,研究高温超导的一个重要课题,就是寻找新型高温超导体。一方面,人们希望从新的角度寻找理解高温超导机理的线索,另一方面,新的材料体系也可能提供新的应用前景。

镍元素在元素周期表中紧邻铜元素,镍氧化物被认为是实现高温超导电性的重要候选材料之一。但经过几十年的研究,人们发现在镍氧化物中实现超导电性的条件十分苛刻。

北京时间7月17日晚,复旦大学物理学系赵俊教授团队的研究成果以“Superconductivity in pressurized trilayer La4Ni3O10-δ single crystals”为题发表于最新一期的《自然》(Nature)。

在本次研究成果中,赵俊团队成功合成了高质量的三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品,样品在低于超导临界温度下表现出了零电阻和完全抗磁的迈斯纳效应,超导体积分数达到86%,有力证明了镍氧化物的体超导性质。

“这个超导体积分数与铜氧化物高温超导体接近,毫无疑问证实了镍氧化物的体超导电性。”赵俊表示。

此外,研究还发现该类材料呈现出奇异金属和独特的层间耦合行为,为人们理解高温超导机理提供了新的视角和平台。

全球超导前十大热门技术

从技术构成来看,目前“G01R33测量磁变量的装晋或仪器”的专利申请数量最多,为3112项,占前十大技术申请量的19.56%。其次是“H01F6磁体;电感:变压器:磁性材料的选择”,专利申请量为1856项,占前十大技术申请量的11.67%。

全球超导前十大热门技术词包括磁悬浮、散热器、磁共振等。进一步细分来看,超导技术热门词包括超导磁体、组合物、磁悬浮列车等。具体情况如下:

图表7:2021年全球超导行业热门技术词

注:旭日图内层关键词是从最近5000条专利中提取。外层的关键词是内层关键词的进一步分解。

中国超导技术发展路径与支撑体系

从技术路线发展来看,低温超导能够产生的磁场强度有限,叠加需要使用昂贵的液氦制冷因此限制其应用场景,而高温超导技术可突破低温超导磁场强度上限而且制冷成本大幅降低,打开超导技术大规模商业化应用空间。

从技术支撑体系来看,中国超导创新单元主要包括超导国家重点实验室、上海大学高温超导重点实验室、南京大学超导物理与材料研究中心等实验室和研究中心;昆山瀚漾投资、高合资本等产业投资基金;GB/T 25080-2022《超导用铌-钛(Nb-Ti)合金棒坯和棒材规范》、GB/T 22586-2018《电子学特性测量 超导体在微波频率下的表面电阻》等技术标准。

图表3:超导技术发展路径与支撑体系

加快超导材料在前沿领域的技术创新突破

高温超导材料是我国能源技术的战略需求,国家在政策上给予了导向性支持。《中国制造2025》将“突破高温超导材料的制造及应用技术,形成产业化能力”作为电力装备的战略任务和重点之一。《中国制造2025》重点领域技术创新绿皮书将10MW等级超导风电机组纳入发电装备重点发展产品;将高温超导储能装置、超导变压器、超导限流器纳入输变电装备重点发展产品。

2021年12月,工信部、科技部、自然资源部联合发布的《“十四五”原材料工业发展规划》则作为纲领性文件,提出发展超导材料前瞻布局行动,强化应用领域的支持和引导,明确了超导材料在现代产业中的定位。

图表9:中国超导材料发展重点

当前,超导产业正处于发展的黄金时期。各地政府纷纷加大招商引资力度,通过举办招商引资推介会等方式,吸引更多的企业投资超导领域。那么,当下国内主要超导产业玩家的动向如何?(注:排名不分先后)

超导产业

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更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国超导行业发展前景与投资战略规划分析报告

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