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超导与智能材料:永鼎年底试制二代高温超导,综艺滤波器国内唯一,智能应用看医疗

14-01-10 15:48 1948次浏览
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理财周报材料科学实验室研究员 张伟贤 戴建敏/撰述

根据工信部《新材料产业“十二五”规划》,前沿新材料共分为纳米材料、生物材料、智能材料和超导材料四大类,一共37种重点产品。本文中,我们重点关注的是前沿新材料中的超导材料和智能材料。

由于这两种材料技术先进,进入风险大,目前上市公司一般都是成立子公司或以参股控股的形式逐步涉足其中。

超导材料方面,处于产业链中游的二代超导材料研发公司永鼎股份(600105.SH)和产业链下游的超导滤波器研发公司综艺股份(600770.SH)占据了先机。据记者了解,上述两个公司的超导材料相关产品目前都已经进入最后冲刺阶段。

其中,永鼎股份“预计在2013年底试制出第一批新产品”,而综艺股份的超导滤波器产品“已达到军用标准,进入量产筹备阶段”。

智能材料方面,《新材料产业“十二五”重点产品目录》涉及到的重点产品包括铜基形状记忆合金、稀土磁致伸缩材料、压电材料、形状记忆高分子聚合物等19种基础材料。

目前,国内上市公司中涉足智能材料主要有紫光股份(000938.SZ)、乐普医疗(300003.SZ)、有研硅股(600206.SH)等,其中乐普医疗智能材料全资子公司上海形状记忆合金材料有限公司2012年实现销售收入7583.44万元,已实现净利润4380.21万元。

永鼎股份巨资研发二代超导材料,

综艺股份发力超导滤波器

以液氮温度(77K)为分界线,可以把超导材料分为低温超导材料(低于77K)和高温超导材料(高于77K)。

从产业链来看,超导主要由三部分组成;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。

超导产业链的上游主要是有色金属行业,由于篇幅关系,本文不作过多赘述;我们将重点关注超导产业的核心——中游的超导材料产品研发和下游超导应用产品的研发。

超导产业中下游的市场潜力极大。申银万国研究报告指出:“仅仅是美国,每年由于短路电流造成的损失就高达800亿美元。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。”这一数字已接近相当于2012年中国GDP总量的4倍。

中游的超导材料是超导产业链中毛利率最高的环节,毛利率水平达到50%以上。不过,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。国内公司中,永鼎股份从数年前已经开始看上超导材料这块大蛋糕,投入巨资进行产品研发。

公司资料显示,永鼎股份主要从事电线、电缆、光纤、光缆、配电开关控制设备、电子产品、通信设备、汽车及零部件的研究、制造,国内贸易,实业投资,实物租赁,自营和代理各类商品及技术的进出口业务。

“目前公司正在研发的是二代高温超导材料。”永鼎股份董秘彭勇泉对理财周报表示,“比起一代高温超导材料,二代材料的工艺更先进,技术含量更高,材料的价格更低。”

据悉,第二代超导材料即钇系高温超导材料,最低理论价格为15美元/千安米,而第一代超导材料(铋系高温超导材料),最低理论价格为50美元/千安米。目前国内汉缆股份(002498.SZ)已经拥有一代超导材料的生产线,但尚无公司拥有二代超导材料产能。

“公司超导材料方面的研发主要在子公司——苏州新材料研究所有限公司,这是国内第一家第二代高温超导企业。”彭勇泉继续表示,“二代超导材料研发复杂,产品研发成功后还要通过长时间的检验,之后才能产业化并推广,周期相对比较长。不过,公司争取在今年年底试制出第一批新产品。”

根据记者了解,苏州新材料研究所有限公司的注册资金就达到了1.43亿,在产品研发方面,与中科院电工研究所、纳米研究所、自动化研究所等知名研究所开展超导技术合作。

下游产品如超导限流器、超导滤波器的毛利率相对较低,约30%左右,不过目前国内上市公司涉足超导下游产品的最多。其中,综艺股份是超导滤波器产品的有力竞争者。

资料显示,公司的主营业务是各类中高档服装、木制品和饮料的生产、销售,信息产品流通、电子商务、电脑教育培训、信息资讯服务、软件开发以及自营、代理各类商品进出口业务等。

综艺股份涉及超导业务,是在2006年。当年11月,综艺股份控股项目高温超导滤波器项目成立。这一项目总投资6000万元,综艺股份持股50.1%,清华大学持股45%,中数威利持有4.9%。此外,综艺股份还专门成立了子公司综艺超导科技有限公司,注册资本为6800万元,主营高温超导滤波器的研发和生产。

“目前全球范围内只有美国能生产超导滤波器,而在国内就只有我们一家。”公司内部人士表示,“我们的技术团队来自清华大学超导研究室,产品已通过一系列的测试,具体投产条件。”

根据申银万国预测,到2020年超导滤波器在中国移动通信基站潜在市场空间500亿元,在卫星雷达领域市场份额约为200亿元,总市场规模达700亿元。

综艺超导最新披露信息显示,公司研发的超导滤波器可广泛应用于移动通信、卫星通信等领域,能大幅提高灵敏度、通信距离和抗干扰能力,目前其产品已进入实质性应用阶段。截至2013年上半年底,国家多部门联合组织相关权威专家对超导2012年度首批已交付产品进行使用效果评估,并给予了极高评价,产品有望于下半年在相关领域获得大力推广应用。

不过,记者查看公司最新定期公告,暂未找到超导滤波器业务相关的营业收入和净利润数据。

“超导滤波器产品已达到军用标准,但量产、销售、回款等都需要一段时间,因此相关产品的营收数据还未在半年报中体现。”上述内部人士表示。

智能材料:记忆合金已产业化

智能材料的特性体现在“智能”二字上,其最初构想来源于仿生学,让材料本身具备“智能”,能够对外部环境的变化,产生相对应的反应。因此,智能材料需要具备感知、驱动和控制三个基本要素。现有单一材料难以满足这些要求,所以智能材料一般是由两种或两种以上的材料复合构成的一个智能材料系统。

智能材料的设计与合成几乎横跨所有的高技术学科领域。构成智能材料的基本材料组元有压电材料、形状记忆材料、光导纤维、电(磁)流变液、磁致伸缩材料和智高分子材料等。

国内在智能材料研究领域起步较晚,《新材料产业“十二五”发展规划》对智能材料发展提出相应规划方向:加强基础材料研究,开发智能材料与结构制备加工技术,发展形状记忆合金、应变电阻合金、磁致伸缩材料、智能高分子材料和磁流变液体材料等。《新材料产业“十二五”重点产品目录》涉及到的重点产品包括铜基形状记忆合金、稀土磁致伸缩材料、压电材料、形状记忆高分子聚合物等19种基础材料。

智能材料的应用范围较为广泛,在医疗、建筑、仪表仪器、自动化、机器人 、航空航天、电磁设备、电子、传感器、驱动器和显示器等高科技领域都有应用。

在建筑方面,利用智能材料的感知功能可以使桥梁、高大的建筑设施以及地下管道等能自诊其“健康”状况,并自行处理损伤,可以有效减少大规模、多次维修建筑的成本。

在飞机、航天器制造方面,使用智能材料制造的机翼在遇到涡流或猛烈的逆风时,可以迅速变形,带动机翼改变形状,消除涡流或逆风的影响。

南京航空航天大学是国内最早从事航空智能材料与结构研究的单位,其智能材料与结构航空科技重点实验室飞行器智能结构系统的研究代表了国内领先水平,并在仪器设备和基础设施等方面具备了很好的综合基础。

实验室具有鲜明的航空航天特色,研究方向是飞行器智能结构系统关键技术和新概念,相关材料和元件的制备与集成技术。主要内容是飞行器结构的健康监测、结构的减振降噪、新型的自适应机翼和旋翼结构、传感驱动元件和集成方法,上述问题的应用基础研究、应用研究和适当的实用技术开发。

在医疗方面,智能材料和结构可用来制造无需马达控制并有触觉响应的假肢。这些假肢可模仿人体肌肉的平滑运动,利用其可控的形状回复作用力,灵巧地抓起易碎物体。日本利用智能聚合物制造一种人造胰细胞,内部包含胰岛素,当血液中的血糖浓度高时,人造胰细胞释放出胰岛素,血糖浓度低时,胰岛素被密封。

目前,智能材料在国内医疗领域比较广泛,比如人造骨骼、伤骨固定加压器、牙科正畸器、各类腔内支架、心脏修补器、手术缝合线等。

国内上市公司中涉足智能材料的并不多,主要有紫光股份、乐普医疗(300003.SZ)、有研硅股,部分公司的智能材料产品已进入实质性产业化阶段,并已盈利。

紫光股份参股的兰州西脉记忆合金股份有限公司,是国内专业化从事形状记忆合金医疗器械研制和开发的高科技企业,国内首家、国际上较早实现形状记忆合金规模化生产。公司作为国内最大的形状记忆合金产业基地,主营产品有记忆合金医疗器械、温控元件、日用产品、电器元件等,而TiNi形状记忆合金人体骨骼内固定器械已形成系列化、规模化。

目前,兰州西脉在兰州、北京、上海建立三个形状记忆合金研发中心,与甘肃省机械科学研究院、北京航空材料研究院及多家高等院校、医院建立了科研合作关系。

乐普医疗全资子公司上海形状记忆合金材料有限公司,主要经营形状记忆合金及相关医疗材料器件,在心血管缺损、畸形封堵器产品上具备国际先进水平,研制出动脉导管未闭封堵器、房间隔缺损封堵器、室间隔缺损封堵器、封堵器介入输送装置和圈套器等产品。

上海形状记忆合金材料有限公司2012年实现销售收入7583.44万元,净利润4380.21万元。乐普医疗目前投入9900万元募集资金增资上海形状,用于生产产能项目。

有研硅股参股公司有研亿金新材料股份公司主营稀有和贵金属材料及其合金、机械电子、医疗器械。公司具备合成镍钛形状记忆合金能力,并将其开发应用于医疗器械。目前有研硅股持有有研亿金新材料股份公司4.35%股权。
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walterhua

14-01-10 17:25

0
超导有得cao,今天红包从这里拿了。。。
caocao

14-01-10 15:53

0
 
我国高温超导应用研究取得重大突破

清华研制的高温超导滤波系统实现规模商业应用

2012年10月22日,一个令人振奋的消息从在清华召开的高温超导滤波技术成果鉴定会上传出: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个省市的通信装备上投入了长期实际应用。

  这标志着自1986年高温超导材料发现至今,经过26年的长期研究,我国高温超导终于实现了面向最终用户的规模商业应用,进入了产业化阶段。这是我国高温超导应用研究的重大突破。

  高温超导滤波技术成果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。

而实现高温超导滤波器规模商业应用的科研团队,正是由我校物理系曹必松教授、张晓平高工、魏斌副教授、郭旭波博士和李宏成研究员等20多人组成的研究团队。世界上目前除了美国之外,只有曹必松团队实现了高温超导在移动通信领域的规模长期应用。

敢“啃”高温超导“硬骨头”

  1986年,高温超导材料被发现。由于其巨大的潜在市场,全世界形成了“高温超导热”。为了更好地组织高温超导研究,我国成立超导研究中心,设立高温超导专项经费,展开了高校和研究所的高温超导“研发兵团作战”。

  当时清华在全国超导界的研究力量并不强,物理系分到的是超导天线的研制任务,年研究经费只有20万元左右。

  当时美国超导模块的市场售价已在数万美元,曹必松团队得到的这些经费可谓捉襟见肘。

  但清华人硬是“啃”下了这块“硬骨头”,在短时间内成功研制出了高温超导天线。

  不过曹必松心里明白,要想实现高温超导在航天领域的应用,面对的难度更大,障碍更多。

  1997年,曹必松课题组决定调整研究方向。他们在没有国家研究经费支持、国内其他多个研究单位已开展超导滤波器研究的情况下,从现有课题中硬是挤出了有限的经费,与清华电子系的高葆新教授等合作,在物理系实验室里搞起了自己的超导滤波器研究。

  没想到,他们起步虽晚,却“赶了个早集”。2001年,清华大学研制成功了国际上第一个达到GSM移动通信应用要求的超导滤波器系统;2002年,经教育部组织专家鉴定,确认它的性能达到国际先进水平和国内领先水平。但是,教育部鉴定的“国际先进水平”只能锁在高校的实验室里,可以当展品,却成不了通信、科研市场一线急需的产品,不能真正为广大用户服务。

图为高温超导滤波器系统。

  如何才能投入应用?

  曹必松团队注定要被继续“煎熬”着。那段时间,即便是在全家团聚的春节期间,课题组依然放弃休假,集体热火朝天地在实验室奋力攻关!

应用难题相继告破

   很快,曹必松研究团队就用这股“拼劲”初步突破了实际应用的瓶颈。

  2004年,通过三个月的商业运行试验,团队成功研制出中国第一台 CDMA移动通信用高温超导滤波系统,并在中国联通唐山分公司的移动通信基站投入了长期实际应用。

  这是自高温超导材料1986年发现以来首次在中国通信领域得到实际应用。它使我国成为继美国之后,世界上第二个成功地将高温超导接收前端应用于移动通信的国家。中国联通的测试表明,使用高温超导滤波系统可以把本来辐射强度已经很低的 CDMA手机的辐射再降低一半,通信基站的多项性能大幅提高。

  此项成果一经公开,就在国际、国内同行中引起了强烈反响,并得到国家有关部门的高度重视,团队的研究条件从此大为改观。

  但是,曹必松团队清醒地认识到,这仅仅是在一个方面的应用,还不是他们想要的终点。而且,那时多国同时投入研发,时间紧迫,速者为胜,因此一刻都不敢放松。

  很快,一个新的尝试便在他们的心里生根发芽:下阶段建立一个应用示范基地!只有稳扎稳打,才能逐步开拓。

图为超导滤波系统在高温超导移动通信应用示范小区运行。

  2005年底,团队在北京市海淀区大钟寺地区建成了我国第一个高温超导前端移动通信应用示范基地,包括中国联通的5个CDMA移动通信基站,覆盖10多万居民,每天24小时为用户提供优质服务,而且顺利实现了连续运行三年以上。

  谁也没有想到,在这么短的时间里高温超导便走进了北京繁华的闹市区,为人们日常通信带来了高性能、低功耗的“福音”。

  理所当然,团队大幅前进的步伐很快就引起了其他国家的注目。国外多个团队来到北京,现场考察超导滤波系统在移动通信基站应用的情况。2006年5月,日本《日经新闻》发表文章纪念高温超导发现20周年,在介绍国际上研究和应用高温超导滤波系统的研究成果时,将美国的STI公司放在第一位,将清华大学放在第二位,而把日本自己的富士通公司放在了第三位。

“我们是为国家和人民服务的!”

  2010年4月14日,一场突如其来的巨大灾难降临青海玉树,7.1级的地震给灾区人民生命财产造成重大损失,10万多人民瞬间失去家园。就在这时,青海玉树地震灾区执行救援保障任务的车载雷达受到了移动通信基站信号的干扰,无法观测飞机,严重影响救援任务的进行。

  在这紧急时刻,国家有关部门给曹必松打来电话,“这个问题我们有解决办法!”曹必松肯定地回答。

  从放下电话开始,团队分成5个小组,每天24小时不停地连续工作。经过60个小时的不眠突击,成功研制出了两通道高温超导滤波器系统。

  研制成功了,如何将超导滤波器送至青海灾区?用空运?担心设备被损坏;坐火车?当时千军万马奔灾区,根本买不到火车票。

  为了第一时间抢救灾区人民的生命财产,曹必松团队成员们决定日夜兼程,开车去现场!团队派出的三位成员经过一天一夜的紧急奔波,将超导滤波器顺利送到了灾区指挥现场,但由于工作地点的海拔高达 4600米,连续的劳累和高原反应让三位成员都病倒了。

  “第一批人倒下了,第二批人接着上!”曹必松说。第二批团队成员不顾艰险,再次勇赴灾区现场,终于将超导滤波器安装在雷达上,使雷达恢复了正常工作,探测目标变得清晰。

  “我们是为国家和人民服务的,时间就是生命!”谈起当时的情形,曹必松坚定地说。

跨越!真正实现规模商业应用

   虽然曹必松团队研制的高温超导滤波系统的应用一次又一次获得了成功,但他们清醒地认识到,这些应用是局部的、或是以研究为目的的,还不是真正的实际应用。“国家投入大量经费,经过数百个单位20多年的研究,最终目的就是为了实现高温超导材料的规模商业应用和产业化,让高温超导这一高技术为国家的技术发展和人们的生活服务。”曹必松指出。

图为超导滤波系统实验人员在做实验。

  于是,曹必松研究团队继续奋斗,连续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,先后获得超导滤波技术授权发明专利10多项。

  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,以清华物理系的超导滤波器技术为依托成立的综艺超导科技有限公司获得了首批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。

  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,与一般以研究或试验为目的的应用完全不同。

  “全国超导界和其他科学界长期盼望的高温超导真正的实际应用——面向最终用户的规模商业应用,从高温超导被发现起,经过了26年,终于由清华大学开创的技术实现了!”曹必松激动地说。

继续奋斗 打造大规模高温超导产业

  曹必松解释道,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。他们研制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,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。据国际权威估计,市场规模在数千亿量级。

  高温超导被发现26年后实现了规模商业应用,如今的曹必松终于松了一口气。“不过,目前高温超导滤波技术的应用规模还不算大,还有大量的应用领域需要继续进行技术攻关。”他说。

  曹必松的抽屉里有厚厚的一摞研究资料,他指着这摞整齐的资料说,高温超导滤波技术在移动通信、卫星通信、天文观测和重大科学工程等领域具有广阔的应用前景。所以他一点都没放慢自己的步伐,已经在计划下一步的扩展应用领域。

  预计经过未来几年的努力,高温超导滤波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。“那时候,将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。”对于未来,曹必松充满信心。

  来源:新清华 第1905期 2012-12-21
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