摘要
超导凭借其独特性质，可用于电力传输、磁悬浮、量子计算等领域，目前超低温仍是超导实现商业化的主流途径。
超导是指在一定条件下电阻等于零，电流可在超导体内无损耗流动的现象。目前超导现象需要在超低温或超高压环境下才能产生。3月7日，罗切斯特大学发现的“室温超导”技术引发热议，但该现象需要在一万个大气压条件下产生，目前“室温超导”暂不具备商业化可行性，超低温仍是目前超导应用于商业化场景的唯一方法。超导体存在零电阻、完全抗磁性和量子隧穿效应三大特殊性质，有着独特的应用场景：1）基于超导材料的零电阻性质和完全抗磁性，在超导材料中加载大电流，可以实现大电流输运、强磁场、磁悬浮等颠覆性技术；2）基于量子隧穿效应，超导能够应用于量子计算和实现弱磁场探测。因此超导材料被广泛应用在电力传输、医疗器械、电子通信、国防军事、科学研究等多领域。
高温超导成本低、性能优，发展前景广阔。
高温超导体是指Tc（临界温度）≥25K的超导材料。低温超导材料临界温度均小于25K，需要在造价高昂的液氦（4.2K）环境下工作，而高温超导体可在较为廉价的液氮环境下工作，大大节约制冷成本。此外，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，目前联创光电已量产高温超导加热炉并成功交付验收；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。2021年上海投建全球首条35千伏公里级超导电缆，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，可以加热粒子至数亿度高温，从而产生热核反应。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。
高温超导相关公司梳理：
联创光电高温超导感应加热技术国际领先，公司设计的国际首台兆瓦级超导感应加热装置工业样机被运往中铝集团正式投入生产，首批产品于22年3月验收。永鼎股份子公司东部超导主要从事超导电缆、超导磁体、超导限流器等产品的研发生产，子公司苏州新材料研究所有限公司主业为新型高温超导带材的研究开发。西部超导是我国超导材料的龙头企业，业务广泛，在高温超导材料领域专注Bi-2223 和 MgB2 的研发和产业化。百利电气子公司北京英纳超导主要从事铋系高温超导线材的研发生产。
风险提示：1）高温超导技术研发进度不及预期。2）高温超导产业化进程不及预期。
1、超导技术应用范围广，产业化已较为成熟
1.1 超导是指材料电阻消失的特殊现象
超导，全称超导电性，是指在一定条件下电阻等于零，电流可在其间无损耗流动的现象，具备这种特性的材料被称为超导材料或超导体。超导的实现路径目前全球有两个技术方向：1）超低温；2）超高压。但由于以现在的技术水平难以创造大范围的极端高压环境，利用超低温实现超导是目前超导现象商业化的唯一手段，目前利用超低温实现超导的方式又可以分为低温超导和高温超导两种类型。
“室温超导”技术引发热议，但目前仍不具备商业化可行性。3月7日，罗切斯特大学和 Unearthly Materials 的 Ragan P. Dias 团队在1 GPa（10 kbar）的压力下，在 20 °C（294 K）的氮掺杂氢化镥中实现了常温下的超导性。此项技术引发了大量关注，但目前来看该发现主要意义为物理学研究，由于大规模创造一万个大气压的极高压强环境实现难度较大，目前室温超导商业化难度极大。
由于超导体存在零电阻、完全抗磁性和量子隧穿效应三大特殊性质，超导材料近年来受到广泛关注。零电阻是超导材料最基本的性质，电阻为零时可以无损耗地传输电能；完全抗磁性指超导体会把原来处于体内的磁场排挤出去，使内部的磁感应强度为零；量子隧穿效应是指在薄绝缘层隔开的两种超导体之间有电流通过，但超导结上并不出现电压。
超导的产业链包括上游的矿物资源原材料，中游的超导线材和超导磁体，以及下游的超导设备。目前低温超导领域以铌基超导材料（NbTi和 Nb3Sn）为主，高温超导主要包括铋系（BSCCO）、钇系（YBCO）、二硼化镁（MgB2）等材料。
1.2 超导已实现成熟的产业化应用
目前全球超导市场以低温超导为主，我国低温超导开发和制备技术处于世界前列，高温超导技术应用同样快速发展。
超导的零电阻、完全抗磁性和量子隧穿效应三大特性使其区别于普通材料，有着独特的应用场景：1）基于超导材料的零电阻性质和完全抗磁性，在超导材料中加载大电流，可以实现大电流输运、强磁场、磁悬浮等颠覆性技术；2）基于量子隧穿效应，超导能够应用于量子计算和实现弱磁场探测。因此超导材料被广泛应用在电力传输、医疗器械、电子通信、国防军事、科学研究等多领域。
目前超导应用最广泛的场景包括核磁共振成像和磁控直拉单晶硅技术：
1）磁共振成像（MRI）：磁共振成像是目前最精确、应用最广泛的医疗影像仪之一，但当前我国人均 MRI 拥有量与发达国家存在较大差距：截至2022年，我国核磁共振设备人均拥有量为8台/百万人，日本为55台/百万人，美国为39台/百万人。需求缺口大的同时，国内 MRI 市场又基本被国外公司（GE、PHILIPS、SIEMENS）垄断，因此国家将磁共振成像设备列为当前优先发展的高技术产业化重点领域之一，我国MRI产业发展潜力大。
2）磁控直拉单晶硅技术（MCZ）：磁控直拉单晶硅技术通过磁场对导电硅流体的热对流形成抑制作用，大幅改善晶体完整性、均匀性减少晶体的杂质和缺陷，实现大尺寸高质量单晶硅的快速生长。其中采用超导磁体提供5000Gs稳定磁场的MCZ技术是目前国内外生产 300mm 以上大尺寸半导体级单晶硅的最主要方法。而随着半导体产业的发展，中国已成为全球增长速度最快的单晶硅生产和消费国家，其中 MCZ 产品占总产量的70%-80%。当前使用超导材料制作的300mm以上大尺寸单晶硅片成为国际主流，能够大大降低运行成本与能耗，从而带动下游超导线材和超导磁体的发展。
1、高温超导成本低、性能优，发展前景广阔
2.1 高温超导性能优异
高温超导体是指Tc（临界温度）≥25K的超导材料。人类最初发现的高温超导体是1986年瑞士科学家贝德诺兹和米勒制备的Tc为35K的镧一钡一铜一氧材料。此后各国科学家不断探索，不断提升已知高温超导体的最高临界温度。
相较传统的低温超导，高温超导具有使用成本低、应用限制少两大优势。随着目前高温超导材料的逐步成熟，未来高温超导有望在一些领域替代传统低温超导方案，并拓展新的应用领域，发展前景广阔。
1）低温超导材料临界温度均小于25K，需要在造价高昂的液氦（4.2K）环境下工作，而高温超导体可在较为廉价的液氮环境下工作，大大节约制冷成本。
2）超导材料只有在电流密度<临界电流密度Jc、环境温度<临界温度Tc、外加磁场强度<临界磁场强度Hc时才能进入超导状态。相比于主流低温超导材料NbTi，目前应用较广的高温超导材料YBCO超导区域有了显著的拓展，应用场景更为广泛。
2.2 高温超导产业化应用前景广阔
目前高温超导在感应加热、电力传输领域已得到初步应用，在可控核聚变领域应用的可行性得到证实。
1）高温超导感应加热：高温超导感应加热主要利用YBCO等超导磁体产生强直流磁场，由电动机驱动金属工件在磁场中旋转，感应出涡流进行加热。相比传统交流感应加热，高温超导感应加热具有效率高、加热质量高、可加热金属种类多、安装维护简单便捷四大优势。目前国内超导感应加热厂商主要为联创光电，产品已进入量产阶段。
2）高温超导电力传输：高温超导电力传输系统包括电缆本体、冷却系统、监控系统等，其中冷却系统使用液氮，相比维持低温超导所需的液氦大大降低成本。2021年12月22日，国网上海市电力公司牵头完成的世界首条35千伏千米级超导电缆示范工程投入运行。该电缆全商业化运行，全长1.2千米，设计电流1.2安培，全球输送容量最大、长度最长，至今已稳定运行一年有余。
高温超导材料用于可控核聚变的可行性已得到证实。磁约束可控核聚变通过产生强磁场约束带电粒子运动，可以加热粒子至数亿度高温，从而产生热核反应。目前，托卡马克装置已成为实现可控核聚变的主要途径，其体积与磁场强度呈负相关关系。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，从而帮助减小托卡马克装置体积，节约成本。2021年9月，MIT使用YBCO材料制成的高温超导磁体成功产生了高达20特斯拉的磁场，计划于2025年制成首个实现能量增益的磁约束聚变装置。
3、高温超导相关公司梳理
3.1 联创光电
联创光电高温超导感应加热技术国际领先，积极推动产品市场化进程。2021年1月，公司设计的国际首台兆瓦级超导感应加热装置工业样机被运往中铝集团正式投入生产，首批产品于22年3月验收，各项性能指标完美符合要求。此外，公司于2022年11月4日和广亚铝业达成合作，将利用高温超导感应加热技术帮助广亚铝业进行节能技改，加速公司高温超导感应加热设备的市场化进程。目前联创光电正在计划拓展产能，且高温超导加热下游需求较大，公司可利用技术优势不断拓展客户群体，推广产品。
3.2 永鼎股份
公司下属全资子公司东部超导科技（苏州）有限公司专注第二代高温超导（2G-HTS）带材，主要从事超导电缆、超导磁体、超导限流器、超导电机的产业化发展以及超导变压器、全超导电力系统集成的研发推广。永鼎股份下属的苏州新材料研究所有限公司主营研发新型高温超导（HTS）千米长带材的研究开发。
3.3 西部超导
西部超导是我国超导材料的龙头企业，业务广泛。在超导领域主要从事超导材料的研发、生产和销售，是目前国内唯一实现超导线材商业化生产的企业。在高温超导材料方面：专注Bi-2223 和 MgB2 的研发和产业化，已掌握核心制备技术；重点发展20T以上全超导磁体、高性能核磁共振 MRI/NMR 用超导线材、低成本千米级高温超导涂层导体织构化基带及功能层沉积技术、高性能 Bi 系和铁基超导线材制备技术；参与研制出国际首台0.6T MgB2核磁共振成像仪。
3.4 百利电气
百利电气下属控股子公司北京英纳超导技术有限公司是国内较早成立的专业研发高温超导材料的企业，主要从事铋系高温超导线材的研发生产，获得多项高温超导线材制备及高温超导应用领域的核心技术授权专利。
4、风险提示
1）高温超导技术研发进度不及预期。相当一部分高温超导材料仍处于实验室阶段，具有制备困难、有害环境、不易保存、临界条件苛刻等多种问题，如果高温超导材料研发进展不及预期，则可能影响产业应用进展。
2）高温超导产业化进程不及预期。目前我国实用化超导材料，尤其是高温超导的批量化制备技术尚显薄弱，科研成果商业化转化衔接不足，目前行业仍处于产业化初级阶段。如果高温超导产业化进度不及预期，则可能对行业公司发展产生影响。
本文源自报告：《电子行业跟踪：高温超导特性优异，行业应用前景广阔》| 发布时间2023年3月13日 | 发布报告机构：民生证券研究院 | 报告作者：方竞 S0100521120004
研究团队简介
方竞，民生电子首席分析师，西电本硕连读，5年半导体行业从业经验，曾于德州仪器等全球龙头企业任职。同时还是半导体创业孵化平台IC咖啡的发起人。
作为团队核心成员获19年新财富电子行业第3名；18/19年《水晶球》电子行业第2/3名；18/19年《金牛奖》电子行业第3/2名。作为首席获21年Wind金牌分析师第4名。执业证号：S0100521120004
李少青，电子行业资深分析师，武汉大学硕士，曾任职于西南证券、信达证券，2022 年加入民生证券。执业证号：S0100522010001
童秋涛，电子行业研究员，复旦大学硕士，曾供职于信达证券股份有限公司，2022年加入民生证券。执业证号：S0100122010028
李萌，电子行业分析师，华东师范大学金融硕士，曾供职于方正证券研究所，2022年加入民生证券。执业证号：S0100522080001
陈甲铖，电子行业研究员，香港科技大学硕士，武汉大学学士，曾任长江存储科技公司研发工程师，2022年加入民生证券。执业证号：S0100122030022
特别声明
《证券期货投资者适当性管理办法》、《证券经营机构投资者适当性管理实施指引（试行）》于2017年7月1日起正式实施。通过新媒体形式制作的本订阅号推送信息仅面向民生证券客户中的专业投资者，请勿在未经授权前进行任何形式的转发。若您非民生证券客户中的专业投资者，为保证服务质量、控制投资风险，请取消关注本订阅号，请勿订阅、接收或使用本订阅号中的任何推送信息。因本订阅号难以设置访问权限，若给您造成不便，烦请谅解！感谢您给予的理解和配合。