国防与装备：高温(室温)超导走向商业化之路三大场景

【事项】

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美国物理学会（APS）2023 年3 月7 日举办演讲《室温近常压条件下氢化物超导性的观察》。该演讲将由罗切斯特大学和 UnearthlyMaterials 的Ragan P. Dias 团队主讲，他们在实验中 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。

超导体在一定温度（也称为临界温度，简称Tc）之下具有零电阻特性，具有高密度载流能力、完全抗磁性（迈斯纳效应）、约瑟夫森效应等常规导体完全不具备的电磁特性，因而在电气与电子工程领域具有广泛的应用价值。

早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。人们一直在探索高温超导体。此后40 年随着技术革新，高温超导正在不断提升温度。

Dias 团队发表的研发成果由于极高压力的限制（前提条件等同于1万倍的现实大气压强），其机理仍属BCS 理论范畴，因此其颠覆性意义不如钇钡铜氧与铁基高温超导体的发现。

尽管受到高温超导材料不断发展的挑战，但是低温超导材料（临界温度低于25K~30K）在批量化加工技术、成本、使用稳定性方面的优势无可替代。且随着制冷技术的不断发展，也使得低温超导装置对液氦的依赖程度逐渐降低。

高温超导在电力技术应用预计将是首要方向：超导线的载流能力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，如超导储能系统（SMES）是一种高效的储能系统（效率可达95%以上）。超导输电需要建立庞大的液氦低温系统，距离和成本成正比。从国际的角度来看，美国、日本、韩国、德国等国已已有高温超导线缆并入电网，但是全长均约为1 公里难以商业化应用。利用高温超导体可引出大容量变电所的大电流，不仅能提高变电所输电效率，而且能使得变电所出线自由度增加。

此外高温超导还有两个拓展方向，一是超导磁体技术应用：目前在核磁共振、大科学工程（高能加速器、核聚变领域）、科学仪器和工业装备等领域得到广泛的应用；二是超导电子学应用：主要包括微波通信应用（基于超导薄膜的微波通信用滤波器）、约瑟夫森结（如超导计算机、超导量子干涉仪（SQUID）的各种应用及单光子探测、超导Qubit 和超导量子计算等。

【评论】

超导体在一定温度（也称为临界温度，简称Tc）之下具有零电阻特性，具有高密度载流能力、完全抗磁性（迈斯纳效应）、约瑟夫森效应等常规导体完全不具备的电磁特性，因而在电气与电子工程领域具有广泛的应用价值。

早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。

人们一直在探索高温超导体。从1911 年到1986 年，超导温度75 年间从水银的4．2K 提高到铌三锗的23．22K（零下249 度）。1986 年，IBM 公司苏黎世研究实验室的柏诺兹和缪勒在钡镧铜氧化物(Ba－La－Cu－O)中察到了30K　　左右的超导转变温 度。从这一节点开始，超导转变温度突破了麦克米兰极限，甚至可以超越液氮温区(77K)，为超导的广泛应用提供了巨大的可能性。

此后40 年随着技术革新，高温超导正在不断提升温度，例如2012 年中国的薛其坤研究组制备了单层硒化亚铁薄膜，其Tc 超过65K。

2020 年Dias 发现在267GPa 的高压下C－S－H 体系（富氢材料与有机超导结合）的Tc 达到288K，历史上首次实现室温超导。Dias 在2022 年3月8 日宣布1GPa 的压力下，在摄氏20°C（294K）实现氮掺杂氢化镥中观察到超导性。

【风险提示】

高温超导技术研发进度不及预期风险

超导载体单位成本过高风险

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