超导体的三大基本特性：零电阻，完全抗磁性，量子隧穿效应。超导，全称超 导电性，指导体在某一温度下，电阻为零的状态。

1911 年荷兰物理学家 H•卡茂 林•昂内斯发现汞在温度降至 4.2K 附近时突然进入一种新状态，其电阻小到实际上 测不出来，他把汞的这一新状态称为超导态。1933 年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔 德共同发现了超导体的另一个重要的性质——完全抗磁性。完全抗磁性是指将超 导体会把原来处于体内的磁场排挤出去，使其内部的磁感应强度为零。1962 年， 约瑟夫森（BrianD.Josephson）预言，在薄绝缘层隔开的两种超导体之间有电流 通过，即有“电子对”能“穿过”薄绝缘层（量子隧穿），而超导结上并不出现电 压，这个预言随后被证实，这一现象被称为量子隧穿效应。

超导材料具有常规材料不具备的零电阻、完全抗磁性等宏观量子现象，是典型 的量子材料。超导材料的探索主要经历了几个阶段：1911∼1986 年，是低温超导 材料发展阶段，1986 年发现铜氧化物高温超导体，2021 年发现临界转变温度为 39K 的金属化合物 MgB₂超导体，2008 年发现铁基超导体。此外，自从超导材料 被发现以来，人们就没有停止过对“室温超导”的向往与探索。

超导最常见被分类为超温超导，高温超导。超导体的分类没有统一的标准，最 常见的分类方法是按临界温度划分为低温超导，高温超导。超导物理中将临界温度 在液氦温区(4.2K)的超导体称为低温超导体，也称为常规超导体，譬如目前商业化 的 NbTi、Nb₃Sn；将临界温度在液氮温区(77K)的超导体称为高温超导体，譬如 YBa-Cu-O 超导体。

超导现象是宏观量子效应。20 世纪初期，许多顶级的理论物理学家都试图从 量子力学基础上理解超导电性，但最终并没有获得成功，直到超导发现近50年后， 超导微观理论才被建立。在最初对超导电性的认识过程中，唯象理论起到了非常重要的作用。其中最著名的是前苏联物理学家金茨堡（Ginzburg）和朗道（Landau） 于 1950 年建立的金茨堡-朗道理论（简称 G-L 理论）。随后，1957 年美国科学 家巴丁（J.Bardeen）、库珀（L.N.Cooper）和施里弗（J.R.Schrieffer）成功建立 了常规金属超导体的微观理论，简称 BCS 理论，它把超导现象看作是宏观量子效 应，成功地解释了金属或合金超导体的超导电性微观机理。BCS 理论的核心思想 在于：两个动量相反、自旋相反的电子，可以通过交换原子晶格振动量子——声子 而产生间接吸引相互作用，从而组成具有能隙的低能稳定态——超导态。但时至 今日，非常规超导微观机理，仍然几乎是一片混乱和未知。

在应用领域方面，超导体因为具有绝对的零电阻和完全的抗磁性两大特性，在 所有涉及电和磁的领域都有超导体的用武之地，应用领域广泛，包括电子学、生物 医学、科学工程、交通运输、电力等领域。

超导材料大规模应用受到多重限制。纵然超导应用潜力巨大，但超导材料的实 现有严格的条件。限制超导应用有三个临界参数：临界温度、临界磁场和临界电流 密度，这意味着超导电性必须在足够低的温度、不太高的磁场和不特别大的电流密 度下才能实现。一旦突破某个临界参数，材料有可能瞬间从零电阻变成有电阻的状 态，从而失去超导性能。三个临界参数中后两者决定了它的应用场景范围，而临界 温度则是应用的最大瓶颈。因为低温就意味着在应用超导体的同时，还面临着高昂 的制冷成本。因此，科学家们在研究超导的过程中，一直在努力提高超导材料的临 界温度，其中“三重天花板”是重点突破的目标。

超导材料的研发现状及发展趋势

根据临界温度高低，超导材料可以分为低温超导材料和高位超导材料。对于超导的研究可分为“低温超导”和“高温超导”两种。早期对于超导的研究可以划归为低温超导，其TC一般低于25K（零下248℃）的温度。低温超导材料往往选用金属单质及合金材料，其中最有实用价值的低温超导金属材料是铌（Nb）及其合金，如NbTi、Nb3Sn等。高温超导是指将超导临界温度TC尽可能提高，一般将临界温度超过25K的超导材料成为高温超导材料。常见的高温超导材料包括铜基超导材料如钇钡铜氧（YBCO）和铋锶钙铜氧（BSCCO），铁基超导材料和氢基超导材料等。需要说明的是，“高温”也是相对于过去的低温超导而言的，其温度仍然远低于室温。

高温/室温超导材料是行业发展的重要趋势。为了实现超导材料更高的临界温度，往往需要通过施加一定强度的高压（通常高于1GPa，约为大气压的一万倍），但高压状态的超导材料很难被实际应用。温和条件制备室温超导材料是目前学术界探索的重点方向。当前高温超导材料通常采用铜基或铁基氧化物材料。经过30多年的探索，铜基超导材料已成为目前实用性最好的高温超导材料，在核聚变等应用推动下进入规模化量产阶段。铁基高温超导材料自2008年被发现后实用化研究也在进行中，但其临界温度明显低于铜基超导材料，性能指标相比也有较大差距，未来发展情况较难进行预测。

低温超导应用场景拓展，高温超导产业化蓄势待发

低温超导已经规模商业化，高温超导正逐步开始产业化。虽然已发现了上千种超导材料，但具有实用化前景的材料并不多。低温超导材料自1965年开始研究，其中低温超导材料NbTi与Nb3Sn目前已实现商业化。而高温超导材料自1986年进行研究，目前才刚开始进行产业化。

1) 低温超导应用场景的拓展

NbTi超导线材用量占整个超导材料市场的90%以上。低温超导根据成份分为金属低温超导材料、合金低温超导材料和化合物低温超导材料。低温超导材料在批量化加工技术、成本、使用稳定性方面的优势无可替代。目前已实现商业化的包括NbTi（铌钛，Tc=9.5K）和Nb3Sn（铌三锡，Tc=18k），NbTi超导线材由于具有优异的中低磁场超导性能、良好的机械性能和加工性能以及价格优势，在实践中获得了大规模应用，其用量占整个超导材料市场的90%以上；而Nb3Sn的临界温度相对较高，在18K左右，材料本身具有脆性，力学加工性能较差，临界电流对应变比较敏感，且制造困难、造价相对较高。

2) 高温超导技术突破，产业化蓄势待发

高温超导材料产业化加速。在高温超导材料中，由于铜氧化物超导材料的临界温度相比其他材料较高，其制冷成本要更低一些，因而具有更加广阔的应用前景。高温铜氧化物超导材料主要有Bi-Sr-Ca-Cu-O系、Y-Ba-Cu-O系、Hg-Ba-Ca-Cu-O系、TI-Ba-Ca-Cu-O系，但是Hg和TI元素有毒，因此Bi-Sr-Ca-Cu-O系和Y-BaCu-O系在实用化上更具有优势。以Bi-Sr-Ca-Cu-O为代表的第一代高温超导材料，和以Y-Ba-Cu-O为代表的第二代高温超导材料受到广泛关注。同时，MgB2（Tc=40K）材料，铁基超导材料等应用价值也在不断开拓，高温超导材料产业化近年来逐渐开始加速。

第一代高温超导材料主要通过挤压力获得超导电性。其中Bi系超导材料主要的应用材料有Bi-2212线材、Bi-2212薄膜、Bi-2223带材。在制备Bi-2223带材的轧制工艺过程中，轧制压力的作用迫使Bi-2223晶粒发生转向，从而获得良好的超导电性；而在制备Bi-2212线材的挤压工艺中，也是通过挤压力的作用使Bi- 2212晶粒发生转向，获得超导电性。目前常用于制备Bi-2212/Bi-2223原料粉末的工艺方法主要有喷雾热分解法、共沉淀法和固相反应法。

第二代高温超导带材生产工艺方面，一些发达国家先后突破了第二代高温超导带材的长线制备技术，公里级带材的生产工艺已日趋成熟。

第二代高温超导带材YBCO成为行业重点发展方向。第二代高温超导带材及应用产品将在多个重要领域，如绿色能源、智能电网、军事工业、医疗器械、交通及科学研究等领域被大力推广应用，目前我国高温超导材料大规模应用的瓶颈问题主要在于材料价格过高，需要进一步提高技术成熟度，提升产业化能力，并改善材料综合性能，从而提高材料性价比。

超导行业相关上市公司简介

永鼎股份

公司的主营业务包括研制、生产和销售通信光缆、光器件、通信电缆、电力电缆、电力柜等系列产品，提供配套工程服务。公司主营产品包括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，可广泛应用于风电、核电、电网、交通、医疗、军事、重大科学工程等领域。

联创光电

公司主营业务为光电子器件及应用产品、电线电缆产品的研发、生产和销售，其中光电子器件广泛应用于家电智能控制、手机、平板、车载及电脑等背光源显示、照明用LED灯具、军工应用等领域；电线电缆产品广泛应用于通讯产品及相关设备、计算机网络、电子消费品、电力等领域。超导产业是公司未来重点发展的主业之一，公司作为目前全球首家兆瓦级高温超导感应加热装置生产单位，已牵头申报多项国家技术标准。2023年4月，公司联合参股公司联创超导及中铝东轻公司共同举办了世界首台高温超导感应加热装置投产仪式，市场推广进展顺利，目前在手订单已突破60余台，并稳步推进生产及交付。

宝胜股份

公司是中国航空工业集团公司旗下的上市公司，是中国电线电缆行业国有大型控股企业。公司攻克了中低压薄壁低真空适应性脉冲电缆的技术难题，为世界领先、中国首创的超高速低真空管道磁浮交通系统全尺寸试验线的首次超导航行试验的成功做出了贡献。

金杯电工

公司主营业务为电线电缆产品的研发、生产和销售，产品包括电磁线、电力电缆、裸导线、电气装备用电线、特种电线电缆等。公司是中部地区规模大、技术领先的电线电缆生产企业，广泛应用于国家电网、轨道交通、建筑、石化、煤矿、船舶、公路、机械、家电、冶金、通信等行业。目前公司开展了漆包超导绕组线项目的研究，探索低温超导材料在医疗领域的创新应用。

上海超导

上海超导科技股份有限公司成立于2011年，是一家以新材料等学科为基础、利用镀膜技术，从事第二代高温超导带材研发、应用及销售的高新技术企业。公司与上海交通大学深度合作，成立“超导联合研究院”，对高温超导技术进行全面布局和系统深入研究。公司主要产品为第二代高温超导带材，突破了上、中、下游产业链、同时为客户提供全套优质产品，是国际上能够批量年产并销售百公里以上高温超导带材的生产商之一，也是国际上极少数能够实现高温超导全套生产装备和工艺交钥匙工程的公司之一。

健信超导

宁波健信超导科技股份有限公司主要提供高质量永磁磁共振成像磁体、超导磁共振成像磁体、磁共振成像配套梯度线圈和匀场线圈、高场科研用磁共振成像磁体以及波谱分析磁体、磁共振整机集成解决方案、超导技术在电力系统的应用等方向的产品。

新力超导

潍坊新力超导磁电科技有限公司成立于2009年。同年12月，公司与中国科学院高能物理研究所签订了《超导技术全面合作协议》，旨在开发核磁共振成像超导磁体、超导磁选机、超导除铁器等主导产品，在超导技术应用领域取得重大突破，并进而实现产业化。

百利电气

百利电气的控股子公司英纳超导是专业从事高温超导材料及其应用产品开发、生产和销售的高新技术企业。公司已成为国内高温超导行业的先进企业，生产的高温超导线材产品的综合性能位于世界前列。

文章来源： 未来智库，钛媒体APP，中国化工信息周刊