十多天前， 韩国科研团队等人员宣称一种铜掺杂铅磷灰石材料“LK-99”具有室温超导性能。 目前中美俄等多个研究团队正在尝试验证其实验结果。

8月1日，华中科技大学宣布成功复现磁悬浮的“LK-99”晶体。 该晶体悬浮的角度比韩国量子能源研究中心获得的样品磁悬浮角度更大。

超导材料的从0到1

想要理解这一发现的重要意义，金之俭教授梳理并回顾了超导的发展历程。

超导是指一种材料在低温下电阻突然变为零的现象。

1911年2月，荷兰科学家昂纳斯将汞Hg的温度降低至稍低于4.2K时，即接近绝对零度（-273.15℃），汞的电阻突然消失表现出超导状态。昂纳斯也因超导体的发现，于1913年获得诺贝尔物理学奖。

自从昂里斯发现汞的超导特性后，物理学家们 几乎把元素周期表里所有的金属翻了遍，寻找有可能的超导元素。 具有超导特性的材料有成千上万种，但是真正能够实用的超导材料没超过十种。 超导材料能否实用不仅要有合适的临界温度、临界电流密度和临界磁场，还要看这个材料的机械特性、制备难度和成本等多个因素。

物理学家们陆续发现很多金属化合物同样是超导材料，但超导材料的临界温度仍没办法突破30K，似乎有个看不见的天花板，称之为麦克米兰极限。

超导材料真正走到产业化大规模应用是国际核聚变实验堆项目ITER计划。我国加入ITER计划后，完成了自主制备低温超导导线，孕育了当前科创板明星企业——西部超导。低温超导材料由ITER项目拉动已形成很大产业，如核磁共振加速器等都是低温超导材料的产物。

多年的探索一直没有突破麦克米兰极限，科学家不得不另辟蹊径寻找新的超导材料。瑞士IBM公司工程师柏诺慈和缪勒研究过渡金属氧化物的导电性，在一堆绝缘陶瓷材料里寻找超导体，多年的努力终于发现在钡镧铜氧化物体系可能具有超导电性，并且找到了明确的零电子效应，突破了麦克米兰极限。

1987年2月，我国赵忠贤院士和美国科学家朱经武几乎同时发现钇钡铜氧（YBCO）92.8K转变温度，液氮温区超导材料由此产生。

目前大规模量产的仍是YBCO高温超导带材制备技术，约90%成分是铜和不锈钢基带，原材料成本并不高，超导带材成本主要取决于性能水平、成品率和量产水平，未来成本下降空间巨大。

这种超导材料在许多领域都有着广泛的应用，比如 磁悬浮列车、MRI、核聚变 等。但由于目前超导材料只在极低温度下才能实现这种电性，限制了其在实际应用中的范围。

“常温超导体”究竟是啥？

中信证券研报指出，超导材料是指在一定温度下具备“零电阻”和“完全抗磁性”特征的材料。根据临界转变温度的不同，超导材料可以分为低温超导材料和高温超导材料。近年来理论性能更加优异的室温超导材料成为学术界的焦点。

超导材料的特殊性能使其在多个领域具备广阔的应用前景：1）大电流应用，将超导体应用在长距离输电线、发电及储能领域，从而大幅降低电阻热效应带来的能量损耗，提高电力传输的效率。2）电子学应用，超导体用于电子元器件领域将克服散热难的问题，同时大幅提高计算机的运行速度。3）抗磁性应用，超导体的完全抗磁性可以应用在磁悬浮列车和可控核聚变等领域。超导材料还可应用于核磁共振成像、超导感应加热、超导限流器、超导电机等。

低温超导材料形成成熟产业链，未来将受益于光伏、医疗等行业需求增长。

NiTi和Ni3Sn是目前已实现商业化应用的低温超导材料，主要用于生产超导磁体，应用于磁共振成像（MRI）、磁控直拉单晶硅技术（MCZ）、核磁共振谱仪（NMR）、国际热核聚变实验堆（ITER）和高能质子加速器等行业，在当前超导行业市场份额超过90%。未来低温超导材料需求有望受益于光伏行业的高景气度和国内MRI设备市场规模的高增速实现稳定增长。

高温超导材料处于产业化初期，在可控核聚变等领域应用前景诱人。

以钇钡铜氧（YBCO）和铋锶钙铜氧（BSCCO）为代表的高温超导材料的临界温度超过77K（液氮温度），使其具备较传统低温超导材料更加温和的使用环境。由于高温超导材料多为陶瓷，加工性能较差且目前成本较高，目前还处于产业化初期。但其优异的性能使其在高温超导电缆、磁悬浮列车、紧凑型可控核聚变等领域具备广阔的使用前景。根据Conectus预测数据，至2030年，高温超导材料市场份额有望从当前不足10%提升至25%。

室温常压超导是行业发展的重要方向，目前仍处于探索阶段。

在超高压条件下合成的部分超导材料的临界温度已经接近室温水平，但苛刻的制备条件阻碍了材料的大规模应用。2023年以来，陆续有研究团队报导了室温超导材料，甚至是常压条件下制备的室温超导材料，引发市场广泛关注。但目前上述研究成果均未得到严格验证，室温常压超导材料或仍面临漫长的探索进程。

万亿市场前景？

推特上，一位自称仿星器工程师，名叫安德鲁·科特（Andrew Cote）的美国旧金山网友发表了一篇文章，根据LK-99可能的工程性能，从三种场景分析了LK-99可能带来的市场规模，初步估计总值可能高达4.5万亿美元。

科特认为，如果LK-99具有常温超导性，由于超导体性能的两个限制：电流和磁场，它的超导性能取决于LK-99能够承受多大的电流密度和磁场强度，可能会出现三种情况，分别是低场低电流、低场高电流和高场高电流。

那么，这三种情况分别适用于哪些应用呢？它们又有多大的市场规模呢？

低场低电流：微电子领域的革命

如果LK-99只能在较低的磁场（如0.3特斯拉）和较低的电流密度（如1安培/平方毫米）下工作，那么它就属于低场低电流的情况。 这种情况下，LK-99适用于微电子领域，因为它可以在小尺寸和高效率的条件下传导电流，而且具有极高的灵敏度。

这对于量子计算机、量子传感器、量子通信等领域都有重要的意义，因为它们需要利用量子效应来实现高速、高密度、高安全的信息处理和传输。

例如，使用LK-99制造的量子比特可以在常温下保持较长时间的相干性，从而提高量子计算机的性能和可靠性。

使用LK-99制造的量子传感器可以检测到极微弱的信号，从而提高医疗、生物、地质等领域的诊断和探测能力。

使用LK-99制造的量子通信设备可以实现无条件安全的信息传输，从而提高网络和通信领域的安全性和效率。

根据该文章分析，在低场低电流情况下，LK-99可以革命化以下行业：

电信硬件：6500亿美元

手机：4500亿美元

电子传感器：2000亿美元

卫星：700亿美元

图形处理器：400亿美元

中央处理器：200亿美元

天线：200亿美元

总计约1.5万亿美元

低场高电流：输电领域的变革

如果LK-99能够承受较大的电流密度（如1000安培/平方毫米），但不能承受强磁场，那么它就属于低场高电流的情况。 这种情况下，LK-99适用于输电领域，因为它可以在无损耗的情况下传输大电流，从而提高电网的效率和稳定性。

此外，LK-99还可以用于制造超导开关、超导变压器、超导储能等设备，以实现智能电网的建设和管理。

例如，使用LK-99制造的超导开关可以实现快速、可靠、低损耗的电力控制，从而提高电网的灵活性和安全性。

使用LK-99制造的超导变压器可以实现高效、紧凑、轻便的电力转换，从而提高电网的质量和容量。

使用LK-99制造的超导储能可以实现大规模、高效、低成本的电力储存，从而提高电网的平衡和可靠性。

根据文章分析，在低场高电流情况下，LK-99可以变革以下行业：

输电：3200亿美元

电线电缆：2000亿美元

开关继电器：250亿美元

总计约0.55万亿美元

高场高电流：发电领域的突破

如果LK-99能够在高磁场（如几个特斯拉）和高电流密度（如1000安培/平方毫米）下工作，那么它就属于高场高电流的情况。 这种情况下，LK-99适用于发电领域，因为它可以在强磁场中工作，从而实现高效的电动机、发电机、风力发电等设备。

更重要的是，LK-99还可以用于人造太阳（核聚变）项目，因为它可以制造出强大且稳定的磁约束来控制高温等离子体，从而实现清洁、安全、可持续的能源。 超导材料是实现核聚变的关键技术之一，因为它可以产生强大且稳定的磁场来约束等离子体，防止它与反应堆壁接触而失去能量。 如果LK-99是一种高场高电流的超导材料，那么它将极大地降低核聚变反应堆的成本和复杂度，从而加速核聚变技术的发展和应用。

此外，全球的交通运输也可能发生聚变，因为LK-99有望将磁悬浮列车的成本降低到令人震惊的地步。

根据分析文章，在高场高电流情况下，LK-99可以突破以下行业：

发电：1.8万亿美元

电动机：3000亿美元

铁路货运：2500亿美元

储能：2000亿美元

总计约2.55万亿美元。

如果出现最乐观的情况，即所有场景都能实现，那么将总计带来4.5万亿美元的市场，当然，这只是科特自己的初步估算。但无论如何，一旦最终证实LK-99具有室温超导性，它将对人类社会产生巨大的影响，改变许多行业的发展方向和竞争格局。

文章来源： 热点快报，徐德文科学频道，小饭桌创服