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当我们谈论超导时,应关注什么?

       一石激起千层浪的LK-99超导体,点燃了公众的强烈热情。科研界忙于复现、投资界讨论趋势、创业界跃跃欲试……全世界再次投身一场关于材料创新的狂欢。
       自7月22日韩国宣布合成LK-99超导体,至8月8日我国北京大学量子材料科学中心研究团队实验证明其团队合成的LK-99样品不具超导性,再到现今中国科学院物理研究所、中国人民大学、北京师范大学等众多科研机构和院校纷纷验证和丰富这一结论。另外,美国马里兰大学凝聚态物质理论中心(CMTC)也称LK-99不是超导体,甚至在室温(或极低温度)下也不是。
       直到现在,室温超导这一硬科技圈“顶流”尚未迎来最终定论,市场对它的热度仍未消减。
       “让子弹飞一会”,是不少业内人士的态度。狂欢背后,对科技和产业界而言,超导领域真正值得关注的是什么?这一材料创新到底有何意义?又会引发哪些产业机遇?

超导到底有何吸引力?

       超导材料一度被认为是“第四次工业革命”的火种。因其具有的零电阻以及完全抗磁特性可以极大解放和发展生产力,是过去、现在乃至未来都极具潜力的尖端材料。
       迄今为止,已有不下10人曾因它获诺贝尔奖。1911年,荷兰物理学家昂内斯首先发现汞在特定状态下出现超导现象。他又于1913年发现锡和铅同样具有超导性,同年被授予诺贝尔物理学奖。此后,迈斯纳、约瑟夫逊、巴丁、库珀、施里弗等皆因超导领域的重大发现而获得诺贝尔奖。由此可见,超导材料的研究对人类意义重大。


历届超导领域获得诺贝尔奖的科学家(图源于前沿材料)
       经过100多年的研究,科学家已经发现了数十种金属元素——铅、汞、铌、锡及其合金在冷却到接近绝对零度时会变成超导体。但这些材料实现超导条件苛刻,即便所谓“高温超导体”的临界温度也通常在零下100摄氏度或更低,需要液氦或液氮制冷并需要高压,难度大且成本高,几乎无法实用。
       因此,对于“室温常压超导”的研究,是科学界不断追寻的目标。
       今年3月,美国科学家迪亚斯宣布发现“高压室温超导”,曾再次引起热议。他虽然称可将室温超导实现条件中的200多万倍大气压降低至1万个大气压,但这一数值仍是高门槛,通常需要用金刚石顶砧或者各种大型压机才能实现,因此不具备普适价值。
       而此次韩国团队宣称发现的“常压室温超导”,则表示无需额外的高压设施、正常压强环境下就可以实现超导。这意味着人类实现超导的门槛几乎为0,若被验证,将是超导领域的又一诺奖级别的重大突破。
       此消息一出,二级市场反响强烈。A股超导概念股在事件发酵后集体爆发,法尔胜、永鼎股份、中孚实业等多家股票涨停,美股美国超导盘前涨幅一度超过150%。甚至有公司连续三次发布异动公告,提示股票交易风险,却也没挡住燥热的市场情绪。
       值得注意的是,业界仍应理性对待。此次事件尚未得到权威结论,但若常压室温超导一旦被证实可行,期间到商业落地,再到公司业绩爆发,至少也要5年、10年以上甚至更久。
       华创资本张志超博士提示说,因为事件驱动进行讨论,常温超导听起来有很大的颠覆性和产业价值。但是在整个大的超导领域,高压常温超导等技术并不是今天才被关注,也已经有产业化的大规模应用。因此,需要在底层技术和产业逻辑上去思考和布局。

超导应用场景有哪些?

       “常温常压超导”从被学术界发现,再到有可能实现大规模产业化所需要的时间还不可知。但在已有关于超导的技术路线中,低温超导和高温超导都实现产业化由来已久。
       低温超导产业化较为成熟。目前,以铌钛(NbTi)和铌锡(Nb3Sn)为代表的低温超导材料,应用规模已占到超导材料市场的90%左右,而且在相当长的时期内仍将在商业化超导市场中处于主导地位。
       从应用领域来看其绝大部分应用都是基于超导磁体产生的强磁场,我国低温超导材料主要应用于磁共振成像仪(MRI)、磁控直拉单晶硅(MCZ)、热核聚变实验堆(如TIER、CFETR)、核磁共振谱仪(NMR)、加速器、科研用特种磁体等。
       但由于低温超导材料需要昂贵的液氦环境,且制冷过程繁琐,使得它的进一步应用受到了限制。不过随着制冷技术的进步,低温超导材料对液氦的依赖将减轻,未来仍将作为超导行业的支柱性材料。
       当前,国内的高温超导也在快速发展之中。随着材料的成熟和下游应用领域的不断开展,高温超导行业已经迎来了规模商业化。
       高温超导的下游应用主要分为两种类型:一是大型电工装备,例如电缆、变压器、电机,都可以更新为对应的超导版本。二是利用超导材料的稳定强磁场,衍生出的可控核聚变、粒子加速器、超导磁悬浮列车等应用方向。
       但目前制造高质量、大尺寸的高温超导体仍然存在一定难度,需要花费大量的时间和资源进行研究和开发,成本较高。而且由于高温超导体在高温下容易受到氧化等因素的影响而失去其超导特性,因此在实际应用中需要采取措施保护其材料。
       室温超导材料一旦被发现,或将带来能源、医疗、交通、通信等多领域的巨大变革。以能源领域为例,室温超导能够在常温下实现零电阻传输,意味着电流可以无损耗地传输,减少能源成本,这将大幅提高电力输送的效率和丰富储存方式,而且有助于减少对化石燃料的依赖,解决能源焦虑和环境问题,助力实现国家“双碳”目标。
       我们可以发现,从产业逻辑看超导,更多是从低温到高温再到常温新材料体系的不断演进、拓展应用、提升效率,然后再结合更多新发现,从学术界传导到产业、企业,再传导到创投圈的链条关系。
       因此,南山所认为,我们对待新的科学发现和科技成果时,应从底层研究体系的范式变化,去寻找最终能对产业化、科学研究等发挥重要价值的变革逻辑。

内容参考:东方证券、投资界、猎云精选