1.为什么需要高温超导材料?
1.1什么是超导材料?
超导，全称超导电性，是指某些材料在满足临界条件时(临界温度Tc、临界磁场Ho、临界电流Ic),电阻突然变为零的现象。具备这种特性的材料被称为超导体或者超导材料。超导材料具有零电阻、完全抗磁性、量子隧穿效应三大基本特性，可以实现大电流输运、产生强磁场等先进技术，是具有战略意义的前沿新材料，在可控核聚变、超导电力、大科学装置、高端制造、医疗装备及交通运输等方面应用广泛。可控核聚变装置是超导材料的重要应用方向。
√实现核聚变反应，需要同时满足足够高的温度、一定的等离子体密度和一定的能量
约束时间，三者的乘积为聚变三重积。只有大于一定值，才能产生有效的聚变功率输出。磁约束利用磁场约束等离子体运动，防止外泄，目前被认为是最有可能实现可控核聚变的途径，也是我国主要采用的技术路线。磁约束核聚变装置主要有托卡马克、仿星器等。
√托卡马克主要由环形真空室、磁体和其他辅助设施组成，具有结构简单、造价低，
生产周期短，装置迭代快，以及加热成本低等优势，是目前各国投入最大、最接近可控核聚变条件、技术发展最成熟的途径，约占全球核聚变装置的50%。其中，超导材料用于制造超导磁体，超导磁体成本约占装置总成本的30%-40%。不同类型的超导材料占比存在差异，低温超导磁体在装置中的成本占比低于高温超导。参考FIRE项目，ITER反应堆采用低温超导，其超导磁体的价值量占比在28%左右。
1.2为什么需要高温超导材料?
根据临界温度的不同，可以将超导材料分为低温超导材料和高温超导材料。临界温度低于-248℃的超导体为低温超导体，高于-248℃的为高温超导体。
√低温超导材料目前已实现产业化的主要为铌合金超导材料，即NbTi和Nb3Sn,技术
较为成熟，已成功应用于磁共振成像、核磁共振波谱分析等领域。但低温超导材料临界温度较低，需要在液氦环境(4.2K,即-269℃)下工作。由于氦气是一种稀有资源，我国氦气资源贫乏，目前主要依赖进口，因此使用成本较高。此外，低温超导材料在高场环境下电流密度衰减速度快，目前主要应用于15T以下场景。
√高温超导材料对于工作环境要求较低，如第二代高温超导带材可在液氮环境(77K,
即-196℃)下工作，而液氮资源丰富，制备技术成熟，价格远低于液氦，在制冷成本及制冷能耗上具有明显优势。此外，高温超导材料能够提供更高场强的稳定磁场，进一步打开了下游高场应用领域，产业化前景更加广泛。但由于高温超导材料发展起步较晚，制备技术较为复杂，规模化生产未能充分显现，使得产品价格较低温超导材料更高。
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