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手性和超導性並存!研究創造出具有手性晶體結構的新型超導體【附超導技術賽道觀察圖譜】

2024-02-07科學

瞻觀前沿

日本東京都立大學研究人員透過混合兩種材料,創造了一種具有手性晶體結構的新型超導體。 新的鉑—銥—鋯化合物在2.2K溫度以下轉變為超導體,使用X射線繞射可觀察到其具有手性晶體結構。該技術方案有望加速對新型奇異超導材料的發現和理解。相關論文發表在最新一期【美國化學會雜誌】上。

東京都立大學團隊此次引入了一種全新的方法尋找手性化合物。 混合了兩種具有已知物理性質的化合物。其中一種是具有超導性但沒有手性的鉑鋯化合物,另一種是具有手性但沒有超導性的銥鋯化合物。 將兩種化合物以不同的元素比例組合在一起,能有效地「混搭」物理性質,手性和超導性兩種內容都可在其中顯現,從而提出一種同時具有手性晶體結構和超導性的新材料。

研究團隊還證實,超導性是在本體中產生的,而不是從表面產生的。 他們的工作展示了「混搭」方法在制造新的奇異超導體方面的潛力。

長期以來,科學家們所驗證的超導材料都是非手性的,手性和超導性幾乎不在同一材料中被同時發現。這對於超導體的研發來說,可不是什麽好訊息,因為大多數材料都具有手性。 而這二者的統一,或將是未來創造大幅提高用電效率的超導體的關鍵。

圖片來源:攝圖網

技術價值觀察

超導材料產業鏈上遊為礦資源,如釔、鋇、鉍、鍶、硼等金屬; 中遊是超導材料,如YBCO、BSCCO和MgB2等 ;下遊是超導套用產品,如超導電纜、超導限流器、超導濾波、超導儲能以及超導發電機等。

研究人員透過「混搭」方法,開發出一種具有手性晶體結構的新型超導體,這是一種同時具有手性晶體結構和超導性的新材料。因此,從超導產業鏈上看,該技術處於產業鏈的中遊環節,對超導材料產生較大影響。

宏觀市場觀察

——全球超導技術周期:處於成長期

2010-2020年,全球超導行業專利申請人數量及專利申請量均呈現增長態勢,整體來看全球超導技術處於成長期。

——全球超導行業專利申請量及專利授權量:2021年專利數量及授權量均有所下降

2010-2021年全球超導行業專利申請數量呈現現增長後下降態勢,2021年全球超導行業專利申請數量為3849項。在專利授權方面,2010-2021年全球超導行業專利授權數量呈現波動態勢,2021年出現下降趨勢,2021年全球超導行業專利授權數量為1186項,授權比重為30.81%。

——中國超導行業進展基本與國際同步

根據國家新材料產業發展戰略咨詢委員會的分析,整體而言,中國在超導材料領域的研究進展基本與國際同步。其中,低溫超導材料、超導電子學套用以及超導電工學套用領域的研究已達到或接近國際先進水平。中國NbTi線材效能和價效比已優於已開發國家,Nb3Sn線材綜合水平與已開發國家相當。

——超導技術在各行業的開發中有著重要的研究和開發價值

超導材料是一項具有遠大戰略意義的高新技術,可以廣泛用於電子通訊、醫療裝置、交通運輸、電力能源等領域,其中超導技術在MRI、超導限流器、超導電纜等產品開發中均已成功套用。可以看出,超導技術在各行業的開發中有著重要的研究和開發價值。

中國的超導技術在電力及能源的主要套用集中在超導電纜、超導變壓器等產的技術研發和套用。超導產業主要套用在醫療裝置領域的技術主要是超導磁體技術,主要套用在核磁共振等方面。在通訊領域被廣泛的套用於無線通訊網的建設中,充分發揮其優勢。

——未來中國超導市場將保持較快發展的速度發展

隨著實用化高溫超導材料制備和產業化技術的突破性進展,各國政府和大企業對超導電氣技術的套用研究開發給予了大力支持。超導電纜、超導限流器、超導變壓器、超導儲能系統、超導電機、多功能整合超導電力裝置和超導變電站是實作超導電氣技術重大革新的基礎,是超導套用技術這一戰略性新興產業中最具市場潛力和套用價值的關鍵技術。

雖然目前國內從事超導材料制備和超導套用的企業都處於持續虧損的境地,但由於超導技術的先進性和在特定領域的不可替代性,未來前景廣闊,各家超導機構仍保持著對超導技術的持續投入,超導產業發展前景良好。

中國超導技術賽道熱力圖

根據前瞻產業熱力圖顯示, 與超導關鍵技術強關聯的城市集群主要集中在華南和西北地方,並且以廣東、陜西省為重點發展區域 ,未來布局超導技術及其他相關技術的發展路徑,極大可能性在於華南、西北地方優先匯入, 其中可重點關註廣東省廣州市天河區、陜西省西安市雁塔區、廣東省深圳市福田區所處超導技術相關企業 ,以及該地方對於超導產業發展投資環境、供給市場的潛力空間。

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