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近年來，隨著超導技術在能源、醫療、交通等領域的應用取得重大突破，高溫超導產業呈現材料與應用相互促進的發展態勢。產業既迎來重大發展機遇，也面臨諸多挑戰，亟待產學研協同發力，加快產業化發展，搶占產業制高點，為滿足高場強電領域的重大戰略需求提供保障。
高溫超導材料產業迎來發展機遇
超導材料具有零電阻和完全抗磁性等性質，可實現常規材料無法實現的大容量無阻輸電、超強磁場等應用，是具有重大經濟和戰略意義的先進材料。《國家戰略性新興產業發展規劃》《關于推動未來產業創新發展的實施意見》等多個國家發展戰略規劃將超導材料列為未來新興產業的重點突破方向，明確提出，加快超導材料等前沿新材料創新應用。目前，我國高溫超導材料產業迎來重大發展機遇，主要表現在以下幾個方面。
一是高溫超導材料規模化制備技術取得突破。實用化的高溫超導材料主要包括銅氧化物超導材料、二硼化鎂超導材料和新型鐵基超導材料。在以釔鋇銅氧（YBCO）為代表的銅氧化物高溫超導線材規模化生產上，我國長三角地區多家企業已具備千米級線材的生產能力，進入國際先進水平行列。在二硼化鎂超導材料方面，我國也實現了千米級長線技術的突破。在新型鐵基超導材料實用化研發領域，我國一直處于國際引領地位，率先突破了高性能長線制備技術并建成了千米級長線制備平臺，開辟了實用化高溫超導材料產業“新賽道”。
二是基于高溫超導材料的產業應用日趨成熟。在高溫超導電力應用領域，我國研制出配電級超導電纜、超導變壓器、超導限流器和超導儲能系統等超導電力設備；建成全球首座超導變電站，實現了掛網示范運行；國際首條1.2公里高溫超導電纜商業化示范段在上海正式投運；自主研制的10千伏三相同軸高溫超導交流電纜在深圳投入運行。在超導磁體應用領域，我國研制的26特斯拉/50毫米孔徑高場超導磁體已用于懷柔國家重大科技基礎設施；自主研制的世界首臺兆瓦級高溫超導感應加熱裝置成功投運；自主研制的高溫超導磁控硅單晶生長設備填補了高端硅晶體制造領域多項空白；首套高溫超導電動懸浮全要素試驗系統完成首次車輛懸浮運行。上述應用表明我國高溫超導材料應用場景日益豐富，產業生態持續完善。
三是高溫超導材料的市場需求迎來爆發式增長。近年來，由于高溫超導材料的不斷發展，讓小型化、低成本的商業化聚變堆成為可能。未來，商業化聚變堆擬運行于20特斯拉以上磁場強度，每個堆所需高溫超導線總長度將達5000—10000公里。在聚變堆商業化的推動下，高溫超導材料迎來產業發展的歷史性重大機遇，全球市場需求自2020年已提升10倍以上，達到每年數千公里。目前，全球商業核聚變領域企業總數已突破40家，共吸引超過70億美元的投資，未來一旦核聚變關鍵技術獲得突破，市場規模將達到每年數千億級。此外，在高能加速器領域，歐洲規劃將16—20特斯拉的高場超導磁體用于下一代加速器，我國提出的新一代高能加速器磁場強度將達到16—24特斯拉國際最高水平。這些大科學裝置由數千個高場超導磁體組成，均需數千噸超導材料，也將極大帶動高溫超導材料的產業化發展。
產業高質量發展面臨諸多挑戰
當前，我國高溫超導材料產業高質量發展仍面臨材料性價比低、關鍵技術存在短板、產業鏈配套不完善等問題，主要表現在以下幾個方面。
一是材料制備成本偏高，規?；瘧檬芟?。高溫超導材料由于實用化性能、規?；苽浜蜕a成本等因素制約，仍處于規?；瘧贸跗凇Ｈ鏨BCO超導線材主要采用鍍膜工藝制備，據2023年《科學》雜志報道，其市場價格為150美元/千安米左右，距業界公認的50美元/千安米的大規模應用目標還存在差距。對于二硼化鎂和新型鐵基超導材料，采用粉末裝管法制備線材可降低成本，但其高場載流性能還需繼續提高。因此，持續提升載流能力、降低制造成本，是高溫超導材料產業化應用的關鍵。
二是關鍵技術存在短板，產業化能力不足。我國高端超導磁體長期依賴進口，產業化發展相對滯后。如大口徑高場超導磁體是高端醫療裝備、工業與特種裝備等領域的重要設備，我國商品化大口徑高場超導磁體的制造技術尚不成熟，相關產業仍無法與發達國家全面競爭。核磁共振譜儀是生命科學、藥物研發和材料科學等領域的高端分析儀器，近年來我國市場需求快速增長。然而，核磁共振譜儀市場長期被國外廠商壟斷，我國商品化核磁共振譜儀處于起步發展階段，需加強應用關鍵技術攻關，推動其產業化發展。
三是產業鏈配套不完善，自主可控缺乏保障。我國在高溫超導材料研發及應用領域有著豐富的技術積累和較完整的產業布局，但由于創新鏈和產業鏈不完整，相關配套技術存在短板。如高溫超導材料研發所需的部分科研裝備，還依賴國外進口，面臨配件購買周期長、維護費用高等問題。在高溫超導線材制備所需的部分高純原材料、高質量靶材等方面，也存在依賴國外進口的問題，面臨斷供風險，需進一步加強自主創新。
產學研融合助力產業邁上新臺階
針對上述挑戰，我國應從核心技術攻關、產業協同發展和創新生態構建三個方面入手，形成產學研相互協作、融合發展的創新體系，共同推動高溫超導材料產業快速發展。
第一，完善頂層設計，統籌核心技術攻關。高溫超導材料作為前沿新材料，其實用化研發涉及多個學科領域，需完善國家科技創新戰略部署和頂層設計，統籌優勢科研隊伍、國家科研基地平臺和重大科技基礎設施，強化目標導向攻關，重點突破高性能高溫超導材料制備及高場強電應用關鍵核心技術，為產業化發展筑牢基礎。
第二，強化產業協同，持續推動強鏈增效。在高溫超導材料產業上游重點加強高純度化學原料、高質量靶材、高強度合金等原材料的自主可控。在產業中游強化低溫制冷技術與設備、材料成型精密加工設備、高端測試分析儀器等配套裝備和技術保障。在產業下游聚焦能源、電力、交通、醫療等領域的重大需求，構建應用牽引的“市場驗證—技術迭代—材料升級”反饋閉環，形成“原材料—配套技術—產業應用”的全鏈條協同發展。
第三，構建創新生態，促進產業提質升級。在國家層面支持的基礎上，積極引導和鼓勵地方政府、優勢企業對高溫超導材料及應用技術研發進行投入，形成全社會共同參與和支持的多元研發體系。加快構建由行業龍頭企業牽引，產業鏈上下游企業、高校及科研院所參與的協同創新平臺，實現資源共享和優勢互補，健全技術標準和行業規范，形成產學研相結合的高效產業創新體系，推動我國高溫超導材料產業快速發展。
（作者馬衍偉 系中國科學院電工研究所黨委副書記、副所長、研究員）
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