前沿材料-超导材料：超高技术壁垒，新科技业态不断涌现，规模化应用加速进行中（上）

　　等)、“122”体系(如Ba1-xkxFe2As2(Ba-122)和SFA(Sr-122)等)、“111”体系、“11”体系(如Fe0.5STe0.5等)和“1144”等。其中，以Ba-122和Sr-122为代表的122型铁基超导材料实用化研究最为广泛，该类型铁基超导材料的转变温度可达38K, 并且具有极高的临界电流密度。目前铁基超导体常压下的最高超导临界温度为55K；在单层FeSe薄膜样品中，超导临界温度达到65K。

　　铁基超导体属于陶瓷材料，并且具有较高的硬度和脆性。从铁基超导线带材的制备方法来看，主要有粉末装管法（PIT）、脉冲激光沉积基带上沉积铁基超导薄膜法。但后一种但制备工艺很复杂、成本很高；PIT法因其制备工艺简单、制造成本低廉且适用于难以塑性加工的材料，因此PIT法对于铁基超导线带材的制备是最佳的选择。

　　铁基超导线年通过热压工艺优化得到Jc高达150kA/cm2的铁基带材，其也为当前已报道铁基线材的最高Jc值。2021年，Yuan等通过Co掺杂，生长出了高质量的11型铁基超导单晶，表明铁基超导材料具有在信息存储领域应用的可能性。在FeAs122体系方面，中国科学院电工研究所采用热等静压法制备了FeAs122线，高于商业化低温超导NbSn线材在强磁场下的性能。

　　目前传输Jc超过10^5A/cm2的铁基超导线带材均采用热压或冷压的单轴压制工艺, 单轴压制工艺制备的样品尺寸较小, 无法大规模制备; 存在前驱体颗粒间的间隙气体；超导相非均匀分布等问题；但1144型超导材料具有更加好的均匀性、独特的钉扎特性及更高的载流性能, 其适合于高场应用。

　　1144型是除122型外，最有希望获得实用化的铁基超导材料，且有望超越122型超导线型铁基超导体作为后起之秀, 它的优异载流性能表明其有望在高场获得广泛应用。相对于易产生第二相的11型和难以控制F元素含量的1111型铁基超导体，1144型的成相质量较高、易于制备。目前, 制备大尺寸高质量1144单晶的工艺已相对成熟，高性能的CaK-1144带材超导转变温度达到Tc~33 K、上临界场μHc2

　　100 T、各向异性γ~2，其在4.2K及10T下的Jc~2.2×10^4A/cm2，表明CaK-1144实用化的初步探索取得重要进展。

　　综合来看，相较于铜氧化物超导体、MgB2，铁基超导材料拥有非常良好的金属性、高、极高的上临界磁场、较小的各向异性等优势；以及相对于其他体系的铁基超导体，鉴于目前122体系铁基超导线材的临界电流密度远超其他体系线材且已达到实用化水平，因此其最大有可能成为首先获得强电应用的铁基超导体。

　　最后，高温超导材料相较于低温超导材料，其仅需在较为廉价的液氮环境下工作，大大节约制冷成本。除此之外，高温超导应用限制更少，商业化前景广阔：①高温超导感应加热效率高、加热质量高；②高温超导电力传输可以在液氮环境中，利用超导特性使得电能传输损耗趋近于零，同时也可节省70%的地下管廊空间；③磁约束可控核聚变通过产生强磁场约束带电粒子运动，可加热粒子至数亿度高温，由此产生热核反应；相比低温超导材料，高温超导材料可以在较强磁场强度下稳定工作，从而帮助减小可控核聚变装置体积，节约成本。

　　依据中国专利文摘数据库（CNPAT）（涉及的专利为世界各国在中国的专利申请），2000年-2018年，国内申请人的超导技术申请量占据了绝对主导地位，约占四分之三。BSCCO、YBCO、Mg在高温超导材料中的专利申请量基本上平分秋色，均占据大概30%的比例，Bi系超导材料和Y系超导材料制备方法均已成熟；Mg的总体性能在液氦温度还无法与低温超导材料相比，在高温下无法与铁基材料相比。

　　目前我国在超导材料和超导应用领域上总体来讲处于国际领先行列，在超导电缆、超导线圈、磁悬浮列车等多个应用领域上也拥有非常良好的发展前途。但是在某些超导材料的研究方面还是与国外存在差距，且研究大多分布在在科研院校，存在产业转化的难度。

　　在高场应用情况下，非常规超导材料是最佳候选。因为常规超导体如Nb-Ti、Nb3Sn和MgB2等的临界磁场不高（均

　　40t）保持良好的载流性能。为此，寻找更多的高临界温度非常规超导体，是超导走向大规模应用的出路之一。

　　据欧洲超导行业协会（Conectus），全球超导商品市场规模已从2012年的51.9亿欧元增长至2022年的68亿欧元；Global Market Insights数据：2022年，全球超导材料市场规模约为109亿美元，预计2023年-2032年将以10.8%的复合年增长率增长；医疗是目前最重要的应用市场，占比高达63.26%。

　　全球竞争格局较合理，掌握核心关键技术能力，且不断深入创新的企业将占据有利地位。超导赛道拥有极其高的技术门槛，进入壁垒极高，因而进入者数量有限，行业格局较为合理。从不完全统计的融资信息来看，国内外主要经济体近一两年也在逐渐加大对超导材料赛道的资产金额的投入，超导材料相关在加快从幕后实验室走向前台，产业化在加速推进中。

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