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有想象力的题材:高温超导滤波系统实现规模商业应用

12-10-24 19:21 3997次浏览
红色骑士
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本报讯(记者左常睿)记者10月22日从在清华大学召开的高温超导滤波技术成果鉴定会上获悉,我国自主研制、拥有完全自主知识产权的高温超导滤波系统首批产品订货已完成生产并交付用户使用,在全国16个省市区的通信装备上投入长期实际应用。这是我国高温超导应用研究的重大突破,标志着我国高温超导在通信领域已进入规模商业应用和产业化阶段。鉴定会专家对项目成果给予高度评价,鉴定意见指出,项目总体技术达到国际先进水平,为采用高温超导技术提高通信装备的抗带外干扰性能和电磁兼容性奠定了坚实的技术基础,为我国通信现代化作出了重大贡献。

据该项目负责人、清华大学物理系教授曹必松介绍,自1986年高温超导材料发现至今,26年来我国投入大量人力物力进行应用研究和技术攻关,其最终目的就是要实现高温超导材料的大规模商业应用。“这次高温超导滤波系统由最终用户采购,在全国16个省市区批量供货投入运行,与一般的研究或以试验为目的的应用完全不同,标志着经过长期不懈的研究,我国高温超导研究已经从实验室研究阶段发展到了面向最终用户的大规模商业应用。高温超导真正的实际应用已经成为现实。”
据了解,在微波频段,高温超导材料的电阻比普通金属低2—3个数量级,用超导薄膜材料制备的滤波器带内损耗小、带边陡峭、带外抑制好,具有常规滤波器无法比拟的、近于理想的滤波性能。“但是高温超导材料必须在其转变温度Tc以下才能实现其超导零电阻特性,所以高温超导滤波系统的研发难度非常大。我们和综艺超导科技有限公司共同研发的超导滤波系统是由超导滤波器、在零下200摄氏度工作的低噪声放大器和小型制冷机等部件组成的,具有极低的噪声和极好的频率选择性,可应用于各种无线通信装备,同时大幅提高灵敏度和选择性、提高抗干扰能力和探测距离等。”曹必松说。
2005年,在国家科研经费支持下,该项目组在北京建成了超导滤波系统移动通信应用示范基地,实现了小批量长期应用。为实现超导滤波系统在我国的规模化商业应用,在国家相关部门和各级领导支持下,清华大学和综艺超导科技有限公司的研究团队十余年如一日,艰苦奋斗,攻克了高性能超导滤波器和低温低噪声放大器设计制备技术、多通道超导滤波器性能一致性研制技术、满足装备苛刻使用要求的环境适应性技术和超导滤波系统集成技术等一系列技术难题,获得超导滤波技术授权发明专利10多项,于2009年12月完成了超导滤波系统产品样机的研制。
2010年1月至11月,在国家主管部门的组织下,由7个专业测试单位对超导滤波系统产品进行了全面性能测试,包括电性能测试,满足通信装备高低温、冲击、振动、低气压、盐雾、霉菌、湿热等苛刻使用要求的环境适应性试验,通信装备加装超导滤波系统前后的性能对比试验和用户长期试用等。
试验结果表明,超导滤波系统的全部性能都达到或超过了通信装备实际应用的技术要求。在通信装备上加装超导滤波系统前后的性能对比试验表明,超导滤波系统使重度干扰下原本无法工作的通信装备恢复了正常工作,使中度干扰下装备最大作用距离比原装备平均增加了56%。自2010年10月起,超导滤波系统在该型通信装备上投入长期运行,至今已连续无故障运行2年以上。
2011年1月19日,超导滤波系统通过了国家主管部门组织的技术鉴定,获得了在我国通信装备实际应用的许可。同年8月,综艺超导公司获得了首批5种型号超导滤波系统产品的订货合同,在全国10多个省市区推广应用。其他型号超导滤波系统产品也将在未来几年内陆续投入市场。
据介绍,综艺超导科技有限公司由江苏综艺股份 有限公司等股东投资、在2006年成立的高新技术企业,公司设在北京中关村 科技园区。目前,综艺超导已建成一流水平的超导滤波系统生产基地,并且已经顺利完成首批高温超导滤波系统批量生产和用户交付。
曹必松说,高温超导滤波技术在移动通信、重大科学工程和国防领域具有广阔的应用前景。为进一步推广超导滤波技术的应用,还需要攻克适应于各种不同通信装备应用要求的高难度的超导滤波系统设计、制备技术、适应于各种应用环境的环境适应性技术等研究难题。
与会专家认为,经过未来几年的努力,该技术将在更多无线通信领域获得大规模应用,并带动超导薄膜、制冷机、专用微波元器件等相关产业链的形成和发展,在我国形成一个全新的高温超导高技术产业,为我国通信技术的升级换代提供一种全新的、性能优异的解决方案。
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红色骑士

12-10-24 22:24

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物理所FeSe超导薄膜研究获新成果

 孪晶界作为一种晶体缺陷,对超导材料的性质以及技术应用如超导转变宽度和临界电流等有着重要的影响。在很多传统超导体中,孪晶界附近的超导转变温度会略有提高。由于较短的相干长度和较强的各向异性使得缺陷对高温超导体的超导性质的影响很大,如YBCO的孪晶界能够钉扎磁通,由此使临界电流提高。对铁基超导材料而言,最近研究发现,同一种材料如Ba(Fe1-xCox)2As2的孪晶界对超导电性的影响出现了相互矛盾的结果。

  SQUID以及其它磁探测成像技术的空间分辨率一般在几百纳米的范围,而磁通钉扎可能只发生在几个纳米的尺度(与相干长度接近)里。因此,单从现有的磁成像技术来确定一个磁通被钉扎在孪晶界处或者孪晶界附近是非常困难的。扫描隧道显微镜/谱技术可以同时对孪晶界和磁通在相干长度的尺度上成像,它可以在提高100倍的分辨率的基础上来研究孪晶界对超导电性的影响。

  近两年来,中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)表面物理实验室马旭村研究员与清华大学物理系薛其坤院士在β-FeSe超导薄膜的分子束外延生长和超导电性研究方面已开展了深入的研究【Phys. Rev. B 84, 020503 (2011);Science 332, 1410 (2011)】。最近,他们又与哈佛大学的Jennifer E. Hoffman教授合作,利用低温扫描隧道显微镜/谱对FeSe超导薄膜中孪晶界附近的超导电性进行了原位的详细研究。
ilovesky88

12-10-24 21:42

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清华大学召开的高温超导滤波技术成果鉴定会上透露,我国自主研制、拥有完全自主知识产权的高温超导滤波系统首批产品订货已完成生产并交付用户使用,在全国16个省市区的通信装备上投入长期实际应用。
红色骑士

12-10-24 21:40

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目前我国一些高端超导材料已经进入国际市场。据悉,近期我国承担的国际热核聚变实验堆(ITER)计划任务中的首个导体采购包已经完成,即将交付。

相关专家告诉记者,ITER耗资100多亿欧元,吸引了世界顶尖科学家参加。 

中国研制的ITER超导导体、屏蔽包层等部件的性能在七个参与方中处于领先地位,部分采购包进展处于前列。

除去上述国际科研项目外,目前我国超导材料在电网领域的应用才刚刚拉开帷幕,目前主要应用在超导限流器。

超导限流器用于短路电流,后者是指电网在某一点发生短路时,有可能通过的最大电流。超导限流器可以减小短路对电网设备的损失。随着电网电压等级的提高、电网互连的程度提高,限制短路电流成为当务之急。电网短路电流超标以珠三角和长三角地区最为严重。业内人士认为,超导限流器将最先在南方电网和华东电网得到使用。

上市公司百利电气有关人士认为,超导限流器是智能电网建设的关键设备。智能电网的稳定性是智能电网建设的重中之重,超导限流器可以有效提高智能电网的暂态稳定性。

2006 年,英纳超导和云南电力集团控股的云电英纳主持研制的三相30m、2kA/35kV 高温超导电缆在昆明220kv 普吉变电站并网运行,这也是世界上第三组并网运行的高温超导电缆系统。

2011年4月,由我国完全自主研制的世界首座超导变电站在甘肃省白银市正式投入电网运行,又为超导产业化打下非常重要的基础。中科院电工研究所所长肖立业表示,超导变电站的建成是近10年来我国在超导电力技术领域最新、最先进的研究开发成果的集中体现,在核心、关键技术上取得了一系列突破。
红色骑士

12-10-24 21:36

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超导材料是一种具有超导特性的新型材料,在一定低温条件下能排斥磁力线并且呈现出电阻为零的现象。超导现象从1911年发现至今正好100年,在这百年历史中超导材料的物质结构、性质及品种逐渐清晰。目前,已经发现的有46种元素和几千种合金和化合物具有超导特性。 

超导产业链主要由三部分组成:上游是矿产资源,如钇、钡、铋、锶等金属,是超导行业的基础;中游是超导材料如YBCO和BSCCO等带材,是超导行业的核心;下游是超导应用产品,如超导电缆、超导限流器、超导储能、超导发电机、超导滤波和超导变压器等,是超导行业的载体。 

技术进步和成本下降是基础,超导行业将逐步实现商业化应用。由于世界各国面临电力系统设备及基础设施老化等问题,如美国每年由于短路电流造成的损失高达800亿美元。全球包括美国、欧盟、日本、韩国等国相继出台大规模的一系列政策和资金支持,大力研发和生产超导应用产品,解决短路电流引起的电力系统问题。按照奥巴马政府规划,在未来8-10年内超导电网产业规模将达到30万亿美金。对比美国,由于短路电流过大,我们保守估计中国每年电力系统损失约在10几亿元。按照目前电力技术,必须使用超导产品才能解决短路大电流瞬间冲击造成的电网损失,超导行业商业化应用值得期待。 

我国超导材料和超导限流器潜在市场规模分别为800亿和1500亿。超导市场潜在规模约2000亿,而超导材料占比30-40%,我们预计超导材料潜在市场规模约800亿。如果十二五电网规划主导的特高压建设顺利实施,电网短路电流将由当前的59.9KA,在未来5年内最大上升到150KA。而目前通用的SF6断路器无法满足短路电流日益增高的冲击压力,超导限流器是目前唯一能解决短路电流过大,并且保护电路的产品。我们按照十二五规划中,短路电流超过100KA变电站数量来测算,至2020年,我国超导限流器潜在市场容量1500亿。 

我们最看好超导材料,其次是超导限流器等产品应用。首先,目前国内超导材料主要是依赖于美国和日本进口,价格较高,占应用产品的50%左右成本。超导行业发展必将产生超导材料大量的需求,如果超导材料长期依赖进口,国内超导行业将沦为简单加工制造业,没有核心竞争力。因此,未来超导材料的国产化必将是国内超导行业发展的制高点;其次,超导产品应用是超导行业产业链中市场空间最大的一环,而超导限流器又是解决电网短路电流过大并且保护电路的唯一现实产品应用,必将是产品领域领先者。
cysgb

12-10-24 21:36

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宝胜占超导线材制高点
 

  昨天,记者从市科技局获悉,宝胜科创联合西北有色金属研究院和东北大学参加了江苏省产学研前瞻性联合研究四大招标项目之一的“高超导材料的制备技术”的投标,并一举中标,获800万元省拨款支持。这标志着,宝胜将牢牢掌控超导线材研发制高点,在未来的国际竞争中占据市场首发权。

  据了解,江苏省产学研前瞻性联合研究招标项目着眼培育发展战略性新兴产业,抢占产业技术制高点,组织国内外优势单位,开展多单位、跨学科的产学研联合攻关,突破产业前瞻性重大关键和核心技术。

  二硼化镁(MgB2)是2001年初发现的一种新型超导材料,是迄今为止临界度最高的金属化合物超导体,其超导转变度达39K,在不远的将来代替传统的第一类超导线材,大规模应用在医用核磁共振成像技术上。宝胜科创中标的高超导材料的制备技术以提高MgB2超导线材PIT制备过程均匀性为出发点,力求获得稳定的千米级高电磁稳定性技术。专家预测,该项目在宝胜科创的研发,将加速宝胜科创技术实力的提升并开拓市场空间,积极参与国际竞争。
红色骑士

12-10-24 21:29

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超导材料开启中国创造新篇章

重温光纤历史,超导行业变革无法阻挡。回顾光纤发展历史,光纤是在电话通信传输线发展到一定瓶颈阶段,为了降低传输线使用成本和减少资源使用量,而研发生产的新材料。光纤传输损耗由1550dB/km降至0.2dB/km,重量由同轴管的200kg/km降为光纤的27g/km,随着性能的不断改善,光纤在通信领域得到了大面积的推广应用。与光纤类似,超导材料也正在经历类似的替代过程。超导现象从1911年发现至今正好100年,在这百年历史中超导材料的物质结构及性质逐渐清晰。随着超导材料载流能力和临界磁场强度等性能不断改善,超导材料和应用产品也将大面积普及,将从根本上改变人类的用电方式,给电力、能源、交通以及其他与电磁有关的科技业带来革命性的发展。 

超导材料按照转变温度不同可分为低温超导材料(NbTi、Nb3Sn)和高温超导材料(YBCO、BSCCO)。前者转变温度低于77K,在液氦条件下运行使用,其维护使用费用较高;后者高于77K,在液氮条件下运行使用,维护使用成本相比低温材料低很多,有力推动了高温超导材料的普及推广。 

第二代高温超导材料优点突出。相比第一代铋系高温超导材料,第二代钇系高温超导材料优点包括:高的转变温度(高于77K)、较强的载流能力(105-107A)、较高的抗磁场衰竭能力(7T)以及较低的理论价格,铋系BSCCO的最低理论价格为50美元/千安米,而钇系YBCO可下降为15美元/千安米,更具商业化前景。 

超导材料是超导行业的核心,我们看好超导材料。首先,超导市场潜在规模2000亿,超导材料占比30-40%,约800亿元左右;其次,目前国内超导材料依赖进口,价格较高,占应用产品成本50%左右。超导行业发展将对超导材料产生大量需求,超导材料是超导行业的技术制高点。在未来中国制造走向中国创造的产业转型中,研发出具有国际领先水平的超导材料,将成为中国超导高科技领域快速发展的核心竞争力。
红色骑士

12-10-24 21:20

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我国超导产业市场规模将超5000亿元

国际超导工业界的数据显示,2010年全球超导电力技术产业产值约75亿美元,预计到2020年,该产值将达750亿美元,也就是说,超导产业有望迎来“十年十倍”的迅猛增长。华泰联合的研究报告则显示,未来十年,随着我国电网和非电网市场的超导应用相加,市场规模将超过5000亿元人民币。
乱云飞渡

12-10-24 21:19

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600973 超导电缆也很靠谱?

今天走的真TMD难看
红色骑士

12-10-24 21:14

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高温超导产业开始进入实质化扩张阶段,弱电领域积极扩张。随着高温超导(HTS)材料研究的进一步深化,以及高可靠性和高效率的制冷系统的发展,推动了高温超导在未来十年进入快速的实质化扩张阶段。据ISIS5估计,世界范围内到2020年超导产业的产值将达到2400亿美元,其中高温超导占60%-70%达到1500亿美元左右。而随着国内外在移动通信、卫星通信、雷达等领域的产业化进程的推进,高温超导在弱电领域的应用将会首当其冲成为产业化先行者。 

移动通信爆发,高温超导滤波器是解决基站干扰的最有效方法。超导滤波器,因为用了77K低温状态下的低噪放,提高接收机灵敏度3dB,根据实测,覆盖半径可扩大22%左右,覆盖面积可以扩大45%左右。而且移动信号对室内的渗透率也会增加;提高接通率20%~35%,降低掉话率20%~60%;网络规划时,减少基站数量,降低网络建设成本。超导滤波子系统在移动通信领域的巨大优势作用(特别是3、4G时代),我们若按照目前截止2010年中国移动通信基站数133万个为基数,每年给予10%的增速,外加对原有基站的改造,假设2015年使用超导滤波子系统的基站占比达到30%,则将形成超过500亿的巨大市场空间。 

高温超导滤波器成为卫星通信最主要器件之一。将卫星用常规金属滤波器和高温超导子系统分别接入卫星接收机的前端,使用高温超导滤波器子系统可以大幅度地降低卫星接收机的噪声,显著提高卫星接收机的灵敏度和抗干扰能力。 

高温超导滤波器联机系统的噪声温度仅为金属滤波器联机系统的27%;采用高温超导技术可以明显减小接收系统的噪声;对卫星上来说,可以提高有效功率资源的利用,对地面来说,能减小地面设备的发射功率,特别是对地面移动式用户机的应用,发射功率的减少能减轻设备的体积和重量。 

超导子系统显著提高雷达探测距离及强化抗干扰能力。高温超导滤波器具有极低的插入损耗和极优的频率选择性而且兼有平面器件小型化的优点,若把超导滤波器用于武器装备的接收机前端上,能大幅度提高接收系统的灵敏度、信噪比和抗干扰能力;还可增加雷达系统的探测距离,加长预警时间,增加通信系统的通信距离和抗干扰能力,提高导弹系统的制导精确度。
红色骑士

12-10-24 21:10

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综艺超导科技有限公司是继美国之后国内唯一能够进行高温超导滤波技术研究、开发以及工程化实施的高新技术企业,是清华大学与综艺股份等多家股东共同投资创立的超导技术产业化平台。

综艺超导拥有的高温超导滤波系统及技术是降低移动通讯噪声干扰,提高频率利用率,减少运营商成本特别有效的方法和手段。综艺超导拥有完全自主的知识产权,获得了数十项国际国内的专利,该技术的研究和实施得到清华大学985、973 、211等多年重点支持,并获北京市科委和国家863重大项目的高强度支持,入选并建成了2008年奥运会科技奥运亮点工程。

从2005年12月开始,综艺超导已经成功的进行了产品中试,完成了在中国联通CDMA运营网络上的规模长时间稳定运行。中国联通在北京市海淀区覆盖了十多万居民的应用是全国唯一的一个应用高温超导技术改进移动通讯质量,提高环保和绿色通讯水平的无线通讯示范区域,经过近一年的实际运营使用,设备的性能优良,指标稳定,效果良好,手机的平均发射功率下降近一半,通话质量明显提高,具备了大规模应用的条件,是提高移动通讯网络性能的理想设备和技术。

综艺超导拥有国内一流的高精尖技术团队和具有多年从业经验的国际化管理团队,在高温超导滤波技术产业化推进过程中,以勇于开拓、精益求精、争创世界一流的精神,为我国的移动通信的发展贡献力量。
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