引爆资本市场狂欢的室温超导材料,都能应用在哪些领域?

材料铺子 2023-08-03
2994 字丨阅读本文需 7 分钟

在韩国科研团队首宣发现了“常压室温超导体LK-99晶体”后,世界各地实验室掀起“坩埚炼丹”的研究热潮。

8月1日,中国、美国、俄罗斯三国的研发人员相继宣布在实验室里,初步复现了LK-99,并验证了其具有一定的超导材料属性。美国资本市场甚至按捺不住对复现成功的喜悦,已连续两日疯狂上涨。

什么是超导?

超导态是材料的一种特殊状态,在超导态中,材料处于零电阻的状态中。电阻是材料普遍具有的性质,当电流流经材料时,其内部的晶格、杂质等会对载流子运动产生阻碍,载流子本身携带的能量会被转移到晶格上,宏观上造成焦耳热,电势也会相应下降。而没有电阻的超导体就完全没有上述问题,电流流经超导体,既不会发热,也不会出现压降,因此电流可以无衰减地在超导体中流动。

低温超导现象从上个世纪初被发现,到八十年代才成熟应用在医疗核磁共振领域;而高温超导材料在上世纪八十年代末被发现,因为材料制备工艺复杂,直到35年后才进入市场化应用。

早在1911年,荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes就已经发现,当温度降低至4.2K(约-268.95℃)时,浸泡在液氨里的金属汞的电阻会消失。

但直到1957年,才有了第一个真正能描述超导现象的理论——BCS理论。该理论由美国科学家John Bardeen、Leon Cooper和John Schrieffer基于“波粒二象性”建立。他们认为,金属外层自由电子在有电压时,会流经晶格点阵形成电流,但通常情况下,这种晶格点阵有缺陷,会因热振动使电流产生阻碍。

1986年发现的铜氧化物超导体和2008年问世的铁基超导体不断掀起了人们对高温超导体的研究热潮,更多具备更高临界温度的超导体也随着人们的实验探究而陆续问世。

2015年,德国马克斯·普朗克化学研究所实验物理学家Mikhail Eremets及同事报告了第一个超导氢化物——氢和硫的混合物。一些理论物理学家认为,在混合物中添加第三种元素会带来一个新的变量,能够接近环境压力或室温。

随着实用化高温超导材料制备和产业化技术的突破性进展,各国政府和大企业对超导电气技术的应用研究开发给予了大力支持。当前,超导市场规模为50.8亿欧元,其中低温超导市场规模达到50.5亿欧元,超导材料占比99.41%;2017年,在全球超导市场中,超导材料市场规模占比仍超过90%。预计到2022年,全球超导技术市场规模将增至58亿美元,期间年复合增率高达12.8%。目前发现的超导材料主要包括:各类金属及合金超导体、铜氧化物超导体、重费米子超导体、有机超导体、铁基超导体及其他氧化物超导体等。

室温常压超导材料意味着什么?

浙商证券指出,室温常压超导材料有望在诸多领域深刻变革世界。

目前的超导材料的应用局限于低温和高压环境,如果室温常压超导材料取得突破,将在能源、交通、计算、医疗检测等诸多领域产生变革:

更高效的能源传输与存储:超导材料可利用自身零电阻的特性无损耗地传输电力,使得能源传输效率、稳定性和可靠性极大提升;

更高速的交通方式:室温常压超导材料将进一步推动磁悬浮列车的发展落地,同时也将助力电动汽车续航能力的提升,推动交通工具运行速度不断提升,深刻影响高速交通方式变革;

更快的信息处理速度:在低温环境下超导材料呈现量子特性,可被用于量子计算机的搭建,其运算速度远超现有计算机,或将在信息处理领域带来巨大变革;

更先进的治疗手段:超导材料在医学领域中被应用于精密检测,如MRI、超导线圈等。常压室温超导材料可推动医疗设备的小型化和便携化,进而助力医疗技术的发展进步。

将给电力,核能等带来重大影响

电力

在电力领域,以电力输送环节举例,如今日常使用的输电线缆的电阻输送热效应,会导致输送电能的7%耗散。而理论上,如果用超导材料制作电缆,这部分耗散就能得到避免,电网效率会显著提升。

据机构数据,超导线的载流能力或将达到普通铜导线或铝导线的载流能力的50-500倍,且其直流状态下的传输损耗为零,超导储能系统的储能效率则有望达到95%以上。

此前,想要实现超导状态,学术界的两种技术路线,超低温或超高压,都难以让超导体实现大面积普及。如果室温超导实现商业化落地,将带来电力应用领域大变革。

除了输电环节,设想在用电端的电机都将更新:用超导材料做成的电机(电动机,发电机,变压器等)效率将远远高于目前的产品,重量和体积都会大减,没有发热和能量损耗现象,功率也会猛增,而目前的产品完全没有任何的可比性,只能被全体淘汰。

此外,超导材料应用于电动汽车,性能的提升也会十分显著。

核能

刘慈欣曾经在《三体》中描述过人类得以艰难突破了外星种群“三体人”的科技封锁,关键点之一便是人类通过对常温超导材料的突破,进而开发出了可控核聚变装置。在现实中,超导技术的突破,也会降低核聚变成本的关键。

可控核聚变也被称为“人造太阳”,它清洁、安全、高效,取之不尽、用之不竭,足以支撑所有人类生活、生产活动,而具备抗磁性的超导材料,便是可控核聚变装置的核心部件之一。

可控核聚变企业“星环聚能”的CEO陈锐曾表示:“如果可控核聚变是造电动汽车,超导材料绕制而成的超导磁体相当于我们行业的锂电池。”

就在几个月前,由于与可供核聚变密切相关的“超导技术”研发取得了一些突破,二级市场中的“超导概念股”股价便已出现了飞升。

一级市场有这些公司

在一级市场,除了投资人惊叹于可能发生的翻天覆地变化,就具体投资而言,市场并没有二级市场那么“疯狂”。

据财联社创投通数据显示,与高温超导材料、超导材料、高温薄膜制备相关的融资事件只有46笔,参与机构达到63家。

其中,这家投资机构为上海瀚谐实业中心成员,目前管理基金数11只,投资公司数13家。

此外,另有3家公司在2022年完成融资,分别是诺菲纳米、综艺股份、八匹马超导科技。

值得一提的是,诺菲纳米在2022年一年之内完成3轮融资。2022年1月湖北农银高投投资、高合资本对其完成超亿元投资;5月,农业银行、昆石资本、中电智慧基金管理湖、北农银高投投资、高合资本又完成D轮投资;9月,丰甲资本、高合京毅、乐爱融创出手股权投资。而在最早的2015年,这家公司被北极光创投和英特尔资本看中,完成1000万美元的A轮融资。

不过,对于这些融资,一位硬科技投资人在朋友圈表示,相比常温超导,高温超导公司十分稀缺,国内仅三家龙头,分别是上海超导、东部超导、上海上创。

《科创板日报》记者了解到,投资人口中说的上海超导,是一家与上海交通大学深度合作、并建有联合研究院的上海市高新技术企业。其最大的特点,是打破国外垄断,成功实现从超导带材生产设备到超导产品的完全自主化,显著提高了二代高温超导带材的性价比。

在融资上,上海超导颇为低调。2011年被上海均瑶(集团)A轮投资,2014年被冠英资本、创丰资本B轮投资后,再无最新融资进展。此前,精达股份(600577)在投资者互动平台表示,上海超导为公司第一大股东。

东部超导则是苏州一家公司,全称为东部超导科技(苏州)有限公司。股权穿透显示,这家公司与永鼎股份(600105)有关。在这波超导概念股上涨之前,3月9日永鼎股份曾发布澄清公告,公司主营业务为通信科技、海外电力工程、汽车线束及超导电力,不涉及“室温超导”相关业务,也未开展相关研发和投入。

但公告同时称,公司下属全资子公司东部超导科技(苏州)有限公司主营第二代高温超导带材及其应用设备以及超导(通用)电气产品,与“室温超导”无关。

彼时,永鼎股份被列为超导概念股出现异动的原因,在于3月7日纽约罗切斯特大学物理学家朗加•迪亚斯在美国物理学会年会上介绍研究新进展,称团队创造出的超导可在室温和相对较低的压力下工作。不过,与这次韩国科学家一样,迪亚斯的研究成果受到争议,超导论文被撤稿。

第三家是上海上创。与上海超导一样,该公司也只有两次融资经历,2013年完成天使轮融资,2021年8月完成股权融资,由沐盟集团和水木春锦出手。但在今年上海股权托管交易中心举办的硬科技企业融资定向对接活动中,出现了上海上创的身影。

此前,在2022年9月的一场调研中,上海上创介绍自己称:依托上海大学,公司在高温超导带材国产化和产业化上取得成果。同时,“十四五”期间上海将加快核聚变等未来产业布局,超导带材在核聚变领域有广阔应用前景。在此背景下,将有助于推动上海核电产业发展。

文章来源: 金融界,能源圈,中国化工信息周刊

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