超導(dǎo)磁體行業(yè)現(xiàn)狀

產(chǎn)業(yè)化的突進(jìn)根據(jù)超導(dǎo)材料的基本特性，其不僅在臨界溫度下具有零電阻特性，而且在一定的條件下還具備完全抗磁性和宏觀量子效應(yīng)等常規(guī)導(dǎo)體所不具備的特性，這些性質(zhì)使超導(dǎo)體能夠?qū)崿F(xiàn)大電流傳輸、獲得強(qiáng)磁場(chǎng)、實(shí)現(xiàn)磁懸浮、檢測(cè)微弱磁場(chǎng)信號(hào)等多種應(yīng)用，因此其被廣泛應(yīng)用在電子通信、電力能源、交通運(yùn)輸、國(guó)防、醫(yī)療器械等諸多領(lǐng)域。由于超導(dǎo)材料和技術(shù)涉及的領(lǐng)域之，發(fā)達(dá)國(guó)家不惜投入巨資開(kāi)展前期研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。我國(guó)在產(chǎn)業(yè)政策方面也對(duì)超導(dǎo)材料的發(fā)展方向做出了相關(guān)支持，歷年出臺(tái)的各類(lèi)新材料行業(yè)發(fā)展政策推動(dòng)了超導(dǎo)材料的發(fā)展和革新。《中國(guó)制造2025》將超導(dǎo)材料列為前沿顛覆性新材料中需重點(diǎn)發(fā)展的項(xiàng)目，《十三五國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出應(yīng)積極參與國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃（ITER），不斷完善全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置等國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。由于超導(dǎo)材料的應(yīng)用不僅能提高電力生產(chǎn)、傳輸?shù)阮I(lǐng)域的工作效率，也能對(duì)資源的節(jié)約起到舉足輕重的作用，在這個(gè)能源緊缺的時(shí)代，超導(dǎo)材料科研技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)的飛躍勢(shì)必帶來(lái)新一輪的能源革命。目前全球超導(dǎo)市場(chǎng)以低溫超導(dǎo)為主，國(guó)內(nèi)低溫超導(dǎo)材料及應(yīng)用占超導(dǎo)市場(chǎng)總量的90%以上，高溫超導(dǎo)材料仍處于商業(yè)化初期。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的潛心發(fā)展，我國(guó)已成為國(guó)際超導(dǎo)材料和應(yīng)用技術(shù)研發(fā)的中堅(jiān)力量，目前已基本掌握了各種實(shí)用化超導(dǎo)材料的制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低溫超導(dǎo)材料的商業(yè)化生產(chǎn)。低溫超導(dǎo)方面，盡管我國(guó)在商業(yè)化、超導(dǎo)強(qiáng)電和弱電應(yīng)用技術(shù)等方面已基本達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但由于產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合不緊密、創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈不完整，導(dǎo)致我國(guó)在高端醫(yī)療設(shè)備、分析儀器、科研裝備等超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用方面存在明顯差距，相關(guān)材料和裝備仍然依賴(lài)進(jìn)口。未來(lái)低溫超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)需著力提升整體研發(fā)水平，提高自主創(chuàng)新能力，向世界領(lǐng)先水平邁進(jìn)。高溫超導(dǎo)方面，我國(guó)在高溫超導(dǎo)材料基礎(chǔ)研究和工藝研究方面均已實(shí)現(xiàn)一定進(jìn)展，材料性能已基本滿(mǎn)足應(yīng)用需求，目前正逐漸開(kāi)始商業(yè)化，但和國(guó)際水平仍存在著明顯的差距，未來(lái)高溫超導(dǎo)料商業(yè)化的核心仍需圍繞低成本、大規(guī)模批量制備技術(shù)。以下章節(jié)將對(duì)低溫超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)材料各自的產(chǎn)業(yè)鏈、下游應(yīng)用及發(fā)展前景作出梳理和展望。超導(dǎo)磁體行業(yè)主要壁壘（一）超導(dǎo)磁體技術(shù)壁壘超導(dǎo)MRI設(shè)備的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)涉及到理論知識(shí)的交叉和復(fù)雜的工藝技術(shù)，長(zhǎng)期積累的研發(fā)設(shè)計(jì)、組件設(shè)計(jì)和優(yōu)化、調(diào)試和測(cè)試的方法是重要的技術(shù)門(mén)檻。射頻探測(cè)器工作頻率高，各種寄生參數(shù)影響大，需要大量調(diào)試工作，很難做到完全的流水線(xiàn)式生產(chǎn)，需要反復(fù)調(diào)試、測(cè)試。超導(dǎo)磁體的制作工藝復(fù)雜，涉及電磁學(xué)、力學(xué)、低溫、真空、機(jī)械、焊接、電子應(yīng)用等多學(xué)科專(zhuān)業(yè)技術(shù)。針對(duì)產(chǎn)品所要求的極端標(biāo)準(zhǔn)和條件，往往需要設(shè)計(jì)出獨(dú)特的工藝方案，達(dá)到性能要求后還需要進(jìn)一步優(yōu)化工藝來(lái)減少成本，產(chǎn)品設(shè)計(jì)中Know-How的掌握是重要的技術(shù)壁壘和核心競(jìng)爭(zhēng)力，涉及射頻探測(cè)器調(diào)試、超導(dǎo)磁體繞線(xiàn)及浸漬、超導(dǎo)接頭制作、磁體支撐系統(tǒng)調(diào)節(jié)裝配及真空薄壁件焊接等多項(xiàng)工藝。（二）超導(dǎo)磁體人才壁壘行業(yè)產(chǎn)品屬于技術(shù)密集型產(chǎn)品，對(duì)研發(fā)設(shè)計(jì)人員和生產(chǎn)人員的理論基礎(chǔ)和操作技能有很高要求，需要經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間培訓(xùn)、實(shí)踐才能獨(dú)立工作。研發(fā)人員培養(yǎng)周期長(zhǎng)、成本高，具有顯著的人才壁壘，除了要求扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還需要在實(shí)踐中不斷地摸索、積累經(jīng)驗(yàn)，才能應(yīng)對(duì)研發(fā)過(guò)程中各種突發(fā)問(wèn)題，攻克技術(shù)難關(guān)。生產(chǎn)過(guò)程中，高級(jí)技術(shù)人才所掌握的生產(chǎn)工藝需要在一次次失敗中不斷完善。生產(chǎn)人員既要保證元器件各項(xiàng)指標(biāo)的合理、可控，還要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行大量調(diào)試。一名技術(shù)生產(chǎn)人員從入職、培訓(xùn)、試生產(chǎn)到正式生產(chǎn)，往往需要一年以上的時(shí)間，導(dǎo)致行業(yè)內(nèi)熟練工相對(duì)稀缺、培訓(xùn)成本高的現(xiàn)狀。（三）超導(dǎo)磁體資質(zhì)壁壘醫(yī)療器械由于直接作用于人體，直接關(guān)系人的生命健康，一直是世界各國(guó)政府重點(diǎn)監(jiān)控的領(lǐng)域，再加上各國(guó)政府出于保護(hù)本國(guó)企業(yè)的考慮，每個(gè)國(guó)家都有一套市場(chǎng)進(jìn)入方面的規(guī)章制度。對(duì)于超導(dǎo)MRI設(shè)備，其部件在國(guó)外也需按照醫(yī)療器械進(jìn)行管理，受到嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)管控；在我國(guó)，整機(jī)系統(tǒng)需要取得Ⅲ類(lèi)醫(yī)療器械注冊(cè)證方可生產(chǎn)銷(xiāo)售。（四）超導(dǎo)磁體資金壁壘磁體作為MRI設(shè)備的核心部件之一，標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)用影像磁體體積大，投入物料價(jià)值高，需要大面積的廠(chǎng)房設(shè)備和大量的原材料支撐，在研發(fā)過(guò)程中存在較高的失敗率，企業(yè)需要同時(shí)保證正常經(jīng)營(yíng)及加大研發(fā)投入。在銷(xiāo)售端，相關(guān)產(chǎn)品推廣進(jìn)院的難度大，尋找下游客戶(hù)需要大量人力物力投入，因此需要企業(yè)具備一定的資金實(shí)力，從而構(gòu)建了該行業(yè)的資本壁壘。超導(dǎo)磁體行業(yè)的周期性區(qū)域性和季節(jié)性（一）超導(dǎo)磁體周期性醫(yī)用影像類(lèi)超導(dǎo)MRI設(shè)備屬于醫(yī)院檢驗(yàn)科室的剛需。從存量角度，隨著技術(shù)不斷升級(jí)，原有設(shè)備仍有替代需求；從增量角度，大型高端醫(yī)療器械配置許可正在逐漸放量，政府指導(dǎo)文件和規(guī)劃綱要強(qiáng)調(diào)優(yōu)先使用國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，將會(huì)推動(dòng)國(guó)產(chǎn)設(shè)備被醫(yī)院采用；特種超導(dǎo)磁體的應(yīng)用范圍更為廣泛，包括動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、物理研究、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、污水處理、石油化工等領(lǐng)域，潛在需求量巨大。綜上，行業(yè)具備較好的行業(yè)景氣度。（二）超導(dǎo)磁體區(qū)域性由于超導(dǎo)MRI設(shè)備單價(jià)較高，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)醫(yī)院配置能力更為充沛，主要的生產(chǎn)廠(chǎng)商也集中在長(zhǎng)三角、北京及深圳等地區(qū)，產(chǎn)業(yè)的集聚效應(yīng)比較明顯。（三）超導(dǎo)磁體季節(jié)性大型醫(yī)用設(shè)備行業(yè)的終端客戶(hù)群體一般為醫(yī)療機(jī)構(gòu)，醫(yī)療機(jī)構(gòu)購(gòu)買(mǎi)大型醫(yī)用設(shè)備的前置程序較為繁瑣，通常在一季度進(jìn)行預(yù)算審批，第二季度和第三季度進(jìn)行招標(biāo)和采購(gòu)，四季度發(fā)貨驗(yàn)收。因此，設(shè)備商及其上游的核心部件供應(yīng)商的銷(xiāo)售具備一定季節(jié)性特征。MCZ（磁控直拉單晶硅技術(shù)）單晶硅按晶體生長(zhǎng)方法的不同，分為直拉法（CZ）、區(qū)熔法（FZ）兩種，直拉法是目前主要的單晶硅規(guī)模化量產(chǎn)技術(shù)。MCZ技術(shù)是通過(guò)磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)電硅流體的熱對(duì)流形成抑制作用，抑制單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程中雜質(zhì)和缺陷的產(chǎn)生，從而大幅改善晶體完整性、均勻性，可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量大尺寸單晶硅快速生長(zhǎng)。其中采用超導(dǎo)磁體提供5000Gs穩(wěn)定磁場(chǎng)的MCZ技術(shù)是目前國(guó)際上生300mm以上大尺寸半導(dǎo)體級(jí)單晶硅的最主要方法。隨著國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體工業(yè)的迅速發(fā)展，中國(guó)已成為全球增長(zhǎng)速度最快的單晶硅生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)家，其中MCZ產(chǎn)品占總產(chǎn)量的70%-80%，目前國(guó)際上300毫米以上大尺寸單晶硅片已成為主流。由于超導(dǎo)材料具有零電阻的特性，采用超導(dǎo)材料制備的超導(dǎo)磁體可以實(shí)現(xiàn)無(wú)阻載流運(yùn)行，因此超導(dǎo)磁體和常導(dǎo)磁體相比，其體積和運(yùn)行成本均大幅度減小，能夠降低300mm單晶硅制造20%的能耗、提高30%的成品率。我國(guó)目前迫切需要發(fā)展?jié)M足300mmMCZ單晶硅制備用超導(dǎo)磁體制造技術(shù)并實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，以促進(jìn)我國(guó)單晶硅行業(yè)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)。從市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，我國(guó)單晶硅業(yè)市場(chǎng)規(guī)模由2017年的75．5億元增長(zhǎng)至2020年的380．3億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為71．6%；從需求端來(lái)看，我國(guó)單晶硅片消費(fèi)量由2017年的28．7GW增至2020年為144．4GW，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為71．56%。由此可見(jiàn)，在近年來(lái)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)單晶硅市場(chǎng)規(guī)模和需求量在未來(lái)也將持續(xù)保持高速增長(zhǎng)，MCZ技術(shù)需求市場(chǎng)也將一并擴(kuò)大。同時(shí)，我國(guó)正在逐漸減少單晶硅進(jìn)口依賴(lài)程度，單晶硅爐產(chǎn)量大幅上升，為單晶硅生產(chǎn)用MCZ磁體奠定了良好的市場(chǎng)基礎(chǔ)，未來(lái)市場(chǎng)增量可期。低溫超導(dǎo)材料以鈮基超導(dǎo)材料（NbTi和Nb3Sn）為主的低溫超導(dǎo)材料具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能和超導(dǎo)電性，是目前最主要的實(shí)用化超導(dǎo)材料。低溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游原材料、中游超導(dǎo)線(xiàn)材、超導(dǎo)磁體及下游超導(dǎo)設(shè)備四個(gè)環(huán)節(jié)：1）在原材料環(huán)節(jié)，低溫超導(dǎo)線(xiàn)材對(duì)原材料（鈦Ti、鈮Nb、錫Sn）有很高的要求，且工藝過(guò)程復(fù)雜，技術(shù)條件嚴(yán)格，由于低溫超導(dǎo)線(xiàn)材行業(yè)對(duì)原材料的消耗量并不大，因此上游原材料對(duì)超導(dǎo)線(xiàn)材行業(yè)的影響并不明顯，超導(dǎo)線(xiàn)材行業(yè)的發(fā)展主要取決于技術(shù)進(jìn)步；2）在超導(dǎo)線(xiàn)材（NbTi、Nb3Sn超導(dǎo)線(xiàn)）生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，NbTi超導(dǎo)線(xiàn)的上游還包括NbTi棒材環(huán)節(jié)，由于Nb和Ti的熔點(diǎn)相差較大，且NbTi合金中Nb的含量較多，如果控制不好熔煉技術(shù)，易產(chǎn)生不熔塊，導(dǎo)致后續(xù)細(xì)芯絲NbTi線(xiàn)在加工中斷裂因此NbTi二元合金棒的制備非常困難，為重點(diǎn)技術(shù)加工環(huán)節(jié)；3）超導(dǎo)磁體是由超導(dǎo)線(xiàn)材繞制而成的能產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)的超導(dǎo)線(xiàn)圈，并包括其運(yùn)行所必要的低溫恒溫容器。基于超導(dǎo)材料的特性，超導(dǎo)磁體具有場(chǎng)強(qiáng)高、體積小、重量輕等特性。由于超導(dǎo)材料在超導(dǎo)狀態(tài)下具有零電阻的特性，因此可以以極小的面積通過(guò)巨大的電流；4）下游行業(yè)主要為各類(lèi)超導(dǎo)設(shè)備，隨著磁共振成像儀（MRI）、磁控直拉單晶硅技術(shù)（MCZ）、核磁共振譜儀（NMR）、質(zhì)子加速器、核聚變實(shí)驗(yàn)堆等領(lǐng)域的發(fā)展，未來(lái)低溫超導(dǎo)線(xiàn)材的市場(chǎng)空間巨大。超導(dǎo)磁體行業(yè)技術(shù)水平特點(diǎn)超導(dǎo)MRI系統(tǒng)現(xiàn)已成為業(yè)界公認(rèn)的高端醫(yī)學(xué)影像設(shè)備中皇冠上的明珠，應(yīng)用基礎(chǔ)涉及物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物等基礎(chǔ)學(xué)科的支撐和交叉。MRI設(shè)備的發(fā)展物理學(xué)基礎(chǔ)是基于科學(xué)家對(duì)微觀世界和磁場(chǎng)的研究。發(fā)展至20世紀(jì)中期，MRI被應(yīng)用于化學(xué)物質(zhì)的鑒定和探索，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域則通過(guò)MRI來(lái)區(qū)分癌變組織和正常組織的不同特性。MRI設(shè)備的制造需要技術(shù)人員在實(shí)操和工藝層面上不斷摸索和總結(jié)規(guī)律，涉及力學(xué)、低溫、真空、機(jī)械、焊接、電子應(yīng)用等多個(gè)工學(xué)專(zhuān)業(yè)技術(shù)，技術(shù)實(shí)踐性強(qiáng)，需要在實(shí)操過(guò)程中不斷試錯(cuò)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能提高制造成功率。在關(guān)鍵的生產(chǎn)流程中，培養(yǎng)熟練的技術(shù)工程師來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，例如在射頻探測(cè)器的調(diào)試環(huán)節(jié)，需要反復(fù)調(diào)試電感電容的分布，降低寄生參數(shù)影響，主要依靠工程師的經(jīng)驗(yàn)而非統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方法。超導(dǎo)環(huán)境要求始終維持在嚴(yán)格的低溫4．2K環(huán)境（約為-268．8℃），超導(dǎo)線(xiàn)才會(huì)達(dá)到零電阻特性，電流通過(guò)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生熱損耗，可以毫無(wú)阻力地在導(dǎo)線(xiàn)中流動(dòng)，產(chǎn)生超強(qiáng)磁場(chǎng)。通常通過(guò)液氦和抽真空的方法來(lái)建立低溫環(huán)境，要求磁體中液氦無(wú)揮發(fā)以及高密閉性和持續(xù)制冷，防止失超現(xiàn)象發(fā)生，對(duì)制冷系統(tǒng)、磁體骨架的搭建、真空浸漬的效果和嚴(yán)密的焊接工藝等提出挑戰(zhàn)。1T以上的磁場(chǎng)強(qiáng)度約為10，000高斯，地球的磁場(chǎng)強(qiáng)度約為0．5高斯，1．5T超導(dǎo)磁體場(chǎng)強(qiáng)約為地球磁場(chǎng)的3萬(wàn)倍。在磁體電源的作用下給超導(dǎo)線(xiàn)加以電流，從而建立預(yù)訂磁場(chǎng)的過(guò)程稱(chēng)為勵(lì)磁。勵(lì)磁一旦成功，超導(dǎo)線(xiàn)將在不消耗能量的情況下提供強(qiáng)大穩(wěn)定均勻的磁場(chǎng)。勵(lì)磁的難度在于高精度大功率的勵(lì)磁電源以及勻場(chǎng)技術(shù)和繞線(xiàn)工藝。強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中，通電的梯度線(xiàn)圈因受力產(chǎn)生劇烈晃動(dòng)，形成噪音，是絕大多數(shù)超導(dǎo)MRI系統(tǒng)的通病。為減少晃動(dòng)，在磁體前后兩端加入固定裝置，盡量抵消掉晃動(dòng)的力，從而降噪。變化的磁場(chǎng)在其周?chē)慕饘袤w內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，并在金屬體內(nèi)自行閉合，產(chǎn)生渦流，影響磁場(chǎng)均勻性。最常用解決方案就是在主磁體線(xiàn)圈與磁體之間增加一個(gè)屏蔽線(xiàn)圈，該線(xiàn)圈的磁場(chǎng)方向和梯度線(xiàn)圈相反，使得合成梯度為零，最終減小渦流情況出現(xiàn)。目前國(guó)內(nèi)的大多數(shù)醫(yī)學(xué)影像類(lèi)超導(dǎo)MRI系統(tǒng)市場(chǎng)份額仍然被GPS占據(jù)。國(guó)外廠(chǎng)商發(fā)展早、技術(shù)完備性高、產(chǎn)業(yè)鏈布局廣、產(chǎn)品更新迭代快，具備一定的先發(fā)優(yōu)勢(shì)和客戶(hù)黏性。國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商主要采購(gòu)核心元部件，依賴(lài)上游核心部件廠(chǎng)商，在產(chǎn)業(yè)鏈中的競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)，成本控制能力及議價(jià)權(quán)受限。在科研領(lǐng)域，超導(dǎo)MRI設(shè)備被國(guó)外產(chǎn)品壟斷的現(xiàn)場(chǎng)更為突出，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商缺乏自制能力，而且產(chǎn)品定制化要求高，更考驗(yàn)廠(chǎng)商的設(shè)計(jì)能力和服務(wù)質(zhì)量。因?yàn)槿狈Ω?jìng)爭(zhēng)對(duì)手，國(guó)外廠(chǎng)商的設(shè)備定價(jià)長(zhǎng)期較高。國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商如具備核心部件自制能力，能夠通過(guò)自身的技術(shù)工藝控制成本，從而獲取價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此，高端醫(yī)療器械的性?xún)r(jià)比是衡量競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵指標(biāo)，該指標(biāo)同樣適用于邏輯中的科研儀器和設(shè)備。從需求端來(lái)看，該行業(yè)的客戶(hù)資源主要分為兩種類(lèi)型：處在產(chǎn)業(yè)鏈中下游的系統(tǒng)集成商，由于該行業(yè)的科技屬性較強(qiáng)、壁壘較高，行業(yè)內(nèi)玩家數(shù)量較少，能夠獲得Ⅲ類(lèi)醫(yī)療器械注冊(cè)證的企業(yè)數(shù)量有限，因此和擁有注冊(cè)證的系統(tǒng)集成商建立良好穩(wěn)固合作關(guān)系，可保證產(chǎn)品訂單量。處在產(chǎn)業(yè)鏈需求端的終端客戶(hù)，包括醫(yī)院、高校和科研機(jī)構(gòu)等。和優(yōu)質(zhì)客戶(hù)建立并保持合作關(guān)系，有利于在行業(yè)內(nèi)建立市場(chǎng)知名度，有利于拓展新的客戶(hù)資源。超導(dǎo)材料發(fā)展綜述人們對(duì)超導(dǎo)材料的探究得益于低溫物理學(xué)的發(fā)展，而超導(dǎo)材料的誕生則源于人們對(duì)金屬電阻與溫度之間的關(guān)系探索。超導(dǎo)，全稱(chēng)超導(dǎo)電性，是二十世紀(jì)最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，指的是當(dāng)某些材料在溫度降低到某一臨界溫度（Tc）時(shí)電阻突然消失，電流可以在其間無(wú)損耗流動(dòng)的現(xiàn)象，具備這種特性的材料則被稱(chēng)為超導(dǎo)材料或超導(dǎo)體。超導(dǎo)體的誕生要追溯到二十世紀(jì)初，人們?cè)跉怏w理論的指導(dǎo)下不斷將各種氣體液化，創(chuàng)下了一系列的低溫記錄，荷蘭物理學(xué)家昂尼斯（H．K．Onnes）在1908年成功液化了地球上最后一種頑固氣體—-氦氣，并且獲得了接近絕對(duì)零度的低溫：4．2K（約-269℃）。氦作為分子質(zhì)量最小的稀有氣體，是最不活潑的元素之一，也是唯一不能在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下固化的物質(zhì)，而液氦的成功獲得極大地推進(jìn)了低溫物理學(xué)的發(fā)展，這也為超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)埋下了伏筆。1911年，昂尼斯等人用液氦冷卻金屬汞以研究金屬在低溫下的電阻行為時(shí)發(fā)現(xiàn)，汞的電阻并不像預(yù)期中隨溫度降低而逐漸減小，而是在溫度降至4．2K左右（Tc=4．2K，等同于-268．98C）時(shí)急劇下降，以至完全消失。這也就是超導(dǎo)體的第一個(gè)基本特征完全導(dǎo)電性，指當(dāng)降低至某一溫度以下，電阻突然消失的現(xiàn)象。1913年，昂尼斯因液氦的成功制備和超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)而獲得了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，并首次以超導(dǎo)一詞來(lái)表達(dá)這一現(xiàn)象，寓意為超級(jí)導(dǎo)電。自此以后，人們把處于超導(dǎo)狀態(tài)的導(dǎo)體稱(chēng)為超導(dǎo)材料，其憑借獨(dú)特的性能和具有潛力的各項(xiàng)應(yīng)用而持續(xù)地吸引著全球各地眾多科學(xué)家的不斷探索。超導(dǎo)磁體行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)主磁體系統(tǒng)的信噪比與場(chǎng)強(qiáng)成正比，主磁體場(chǎng)強(qiáng)越高，信噪比越高，采集速度更快；梯度場(chǎng)強(qiáng)越高，作用時(shí)間越短，梯度切換率提升，成像速度也越快。圖像質(zhì)量和硬件的性能參數(shù)（如通道數(shù)上升、磁場(chǎng)均勻度提高等）及序列的配合設(shè)計(jì)有關(guān)。70cm級(jí)以上的大孔徑設(shè)計(jì)能減少患者在檢測(cè)時(shí)的幽閉恐懼和焦慮；射頻探測(cè)器的舒適程度也會(huì)給患者帶來(lái)更好的體驗(yàn)，例如GE企業(yè)的AIR線(xiàn)圈、企業(yè)的云線(xiàn)圈，打破固有傳統(tǒng)線(xiàn)圈的重量和硬度限制，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者檢測(cè)部位的適應(yīng)性覆蓋，獲得更佳信噪比，保證圖像質(zhì)量。2019年，Siemens發(fā)布新一代智慧型生命感知3TMRI系統(tǒng)，結(jié)合最新生物技術(shù)、智能傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)，在掃描的同時(shí)感知患者各種生理信息，實(shí)時(shí)傳遞給MRI系統(tǒng)，全自動(dòng)一鍵化完成病變顯示和圖像分析處理，方便醫(yī)生閱片和診斷。液氦作為超導(dǎo)MRI中重要的工業(yè)材料，為不可再生資源，而且在補(bǔ)充液氦的過(guò)程中會(huì)造成揮發(fā)和損耗。無(wú)液氦技術(shù)很好的解決了使用液氦降溫這個(gè)問(wèn)題，但對(duì)于大型超導(dǎo)MRI系統(tǒng)，利用制冷技術(shù)而非液氦制冷，是否能有效在全生命周期內(nèi)控制成本，產(chǎn)品穩(wěn)定性是否可靠，乃至商業(yè)化前景仍需要通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證。高磁場(chǎng)強(qiáng)度的應(yīng)用場(chǎng)景仍需進(jìn)一步拓展，而且不同場(chǎng)景的產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在差異，未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和方向包括但不限于以下方面：A．質(zhì)子回旋加速器：與傳統(tǒng)放療相比，質(zhì)子放療能實(shí)現(xiàn)腫瘤的定點(diǎn)爆破，具有更高精確度，同時(shí)免于對(duì)正常組織造成傷害，減少副作用和并發(fā)癥，被認(rèn)為是世界上最先進(jìn)、更精準(zhǔn)的前沿放射治療技術(shù)。利用質(zhì)子束對(duì)腫瘤進(jìn)行精準(zhǔn)放療，具有劑量分布好、局部劑量高、旁散射少等優(yōu)點(diǎn)。超導(dǎo)磁體即超導(dǎo)回旋加速器的核心部件。B．污水處理：利用磁絮凝沉淀工藝，可以將廢水中微小懸浮物、膠體、細(xì)菌等不溶性污染物與微粒磁粉有效結(jié)合，形成更大體積和密度的磁性絮體，在強(qiáng)磁場(chǎng)下可以促使得廢水中懸浮顆粒進(jìn)行磁分離。理論上，處于臨界溫度以下的超導(dǎo)磁體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度可以達(dá)到10T以上，可以在不添加磁種的情況下輕松實(shí)現(xiàn)磁分離。C．磁拉單晶：磁拉單晶技術(shù)的物理基礎(chǔ)是通過(guò)磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)電硅流體的熱對(duì)流形成抑制作用，抑制單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程中雜質(zhì)和缺陷的產(chǎn)生，晶體完整性、