括射頻探測器市場現(xiàn)狀分析及發(fā)展前景

括射頻探測器市場現(xiàn)狀分析及發(fā)展前景

MRI（磁共振成像儀）MRI是當前超導材料最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，但目前我國人均MRI擁有量與發(fā)達國家仍存在較大差距，需求缺口尚存。MRI是一種生物磁自旋成像技術(shù)，其對人體不會產(chǎn)生放射性損傷，對腫瘤早期診斷有較高的臨床價值，已經(jīng)廣泛運用于全身各部位臟器的疾病診斷中。根據(jù)Statista的數(shù)據(jù)，2019年我國每百萬人口MRI擁有量僅約6．4臺，遠低于日本的55．2臺和美國的40．4臺，且多個發(fā)達國家每百萬人口擁有量在10臺以上；由于中國人口數(shù)量位居世界第一，MRI擁有量缺口較大，國家已明確將磁共振成像設(shè)備列為當前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域之一。MRI設(shè)備進口方面，目前我國主要從德國、荷蘭等地進口高端MRI設(shè)備，進口數(shù)量少，但相對貨值較高，未來在高端MRI市場的空間廣闊。然而在我國對MRI的需求與日俱增的同時，近年來進口MRI的數(shù)量卻沒有呈現(xiàn)同步增長趨勢。主要有兩方面原因，一方面如GE及Siemens等國際大型醫(yī)療設(shè)備企業(yè)陸續(xù)在中國設(shè)廠生產(chǎn)，核磁共振設(shè)備實現(xiàn)了國內(nèi)生產(chǎn)；另一方面是國產(chǎn)廠商經(jīng)過多年經(jīng)驗累積，已開始逐步實現(xiàn)對進口設(shè)備的替代。由于國產(chǎn)超導MRI系統(tǒng)具有成本上的優(yōu)勢，我國二、三線城市廠商具有較強的市場競爭能力，預(yù)計國產(chǎn)超導MRI市場將進一步擴大，廠商對NbTi超導線材的需求也將穩(wěn)步增長。中國超導行業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展情況業(yè)務(wù)競爭格局方面，各家公司涉足低溫超導產(chǎn)業(yè)鏈領(lǐng)域均不相同。與低溫超導產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的領(lǐng)域包括NbTi錠棒和線材、Nb3Ti線材、超導磁體和超導設(shè)備。全球各家公司所涉足的領(lǐng)域均有不同，僅有少數(shù)幾家公司掌握低溫超導線材的生產(chǎn)技術(shù)，分布在英德日中等國家。在NbTi錠棒領(lǐng)域，國內(nèi)僅有西部超導掌握相關(guān)技術(shù)，西部超導NbTi合金鑄錠、棒材的工程化制備相關(guān)技術(shù)獲授權(quán)專利6項，相關(guān)技術(shù)成果獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎，產(chǎn)品實現(xiàn)了批量化生產(chǎn)且成功應(yīng)用于ITER項目及MRI超導線材制備任務(wù)。在超導線材領(lǐng)域，西部超導采用青銅法和內(nèi)錫法兩種方法生產(chǎn)Nb3Sn線材，其他公司目前還未進行布局。在超導磁體領(lǐng)域，有多家企業(yè)擁有制備能力，國內(nèi)主要有寧波健信、西部超導和濰坊新力，成都奧泰擁有自由的超導磁體工廠，但所生產(chǎn)產(chǎn)品不對外出售。在超導設(shè)備領(lǐng)域，目前高端超導MRI市場被GE、PHILIPS、SIEMENS三家國外公司壟斷，主流產(chǎn)品以3．0T為主，而SIEMENS已經(jīng)開始量產(chǎn)7T產(chǎn)品。國內(nèi)成都奧泰、蘇州安科等多家企業(yè)目前已實現(xiàn)1．5T、3T超導MRI的商業(yè)化生產(chǎn)。超導磁體行業(yè)分析表示，超導材料是國家科技創(chuàng)新規(guī)劃中新材料領(lǐng)域重點發(fā)展的前沿材料之一，在能源、醫(yī)療、交通、國防工業(yè)等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，但因為其使用條件苛刻、成本高，技術(shù)難度大，因此商業(yè)化應(yīng)用速度較慢。目前全球超導市場以低溫超導材料為主。除ITER項目外，超導技術(shù)在民用領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，主要包括MRI（核磁共振）、MCZ（用于半導體單晶硅）、大科學工程（CFETR、重離子加速器）等領(lǐng)域。隨著全球超導技術(shù)的不斷研發(fā)，以及超導在各個領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模不斷擴大，全球超導行業(yè)已然進入火熱年代。其中，超導材料是超導應(yīng)用的基礎(chǔ)，所以是最先產(chǎn)業(yè)化的部分，也是未來最具確定性的領(lǐng)域。超導材料根據(jù)臨界轉(zhuǎn)變溫度的不同可以劃分為低溫超導材料和高溫超導體材料。目前全球的超導行業(yè)以低溫超導為主，2018年其市場規(guī)模為58．81億歐元，市場份額高達95．61%;而高溫超導材料的市場規(guī)模為2．7億歐元，市場份額僅為4．39%，但其增長速度較為迅速。從低溫超導產(chǎn)業(yè)市場參與者來看，與低溫超導產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)來自包括超導錠棒、超導線材、超導磁體和超導設(shè)備領(lǐng)域。從全球來看，部分企業(yè)專注于單一領(lǐng)域的研發(fā)生產(chǎn)，例如美國ATI公司;而另一部分企業(yè)則是橫跨多個領(lǐng)域，如英國Oxford公司等。目前，全球僅有少數(shù)幾家企業(yè)掌握低溫超導線生產(chǎn)技術(shù)，主要分布在英國、德國、日本和中國。值得注意的是，中國企業(yè)西部超導的業(yè)務(wù)涉及NbTi錠棒和線材、Nb3Sn線材（包括青銅法和內(nèi)錫法）和超導磁體的生產(chǎn)，是全球唯一的鈮鈦（NbTi）錠棒、超導線材、超導磁體的全流程生產(chǎn)企業(yè)。未來一段時間，醫(yī)用超導磁體仍將是市場研究熱點，同時也是市場需求熱點，需求量將不斷增加。超導磁體行業(yè)技術(shù)研究將主要集中在兩個方面：一是運用智能技術(shù)等新技術(shù)，提高超導磁體產(chǎn)品的科技含量;二是加大醫(yī)療領(lǐng)域3．0T及更高端的超導磁體研究，推動醫(yī)療行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。今后，中國超導材料及其應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)進一步加強超導材料及其應(yīng)用裝置的制備工藝研究，不斷探索更高臨界溫度的超導體，并加強與超導技術(shù)應(yīng)用密切相關(guān)的低溫制冷技術(shù)和低溫系統(tǒng)的研究，以進一步全面提升中國的超導材料及其應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展水平。MCZ（磁控直拉單晶硅技術(shù)）單晶硅按晶體生長方法的不同，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)?；慨a(chǎn)技術(shù)。MCZ技術(shù)是通過磁場對導電硅流體的熱對流形成抑制作用，抑制單晶硅生長過程中雜質(zhì)和缺陷的產(chǎn)生，從而大幅改善晶體完整性、均勻性，可實現(xiàn)高質(zhì)量大尺寸單晶硅快速生長。其中采用超導磁體提供5000Gs穩(wěn)定磁場的MCZ技術(shù)是目前國際上生300mm以上大尺寸半導體級單晶硅的最主要方法。隨著國內(nèi)半導體工業(yè)的迅速發(fā)展，中國已成為全球增長速度最快的單晶硅生產(chǎn)和消費國家，其中MCZ產(chǎn)品占總產(chǎn)量的70%-80%，目前國際上300毫米以上大尺寸單晶硅片已成為主流。由于超導材料具有零電阻的特性，采用超導材料制備的超導磁體可以實現(xiàn)無阻載流運行，因此超導磁體和常導磁體相比，其體積和運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。我國目前迫切需要發(fā)展?jié)M足300mmMCZ單晶硅制備用超導磁體制造技術(shù)并實現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，以促進我國單晶硅行業(yè)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級。從市場規(guī)模來看，我國單晶硅業(yè)市場規(guī)模由2017年的75．5億元增長至2020年的380．3億元，年均復(fù)合增長率為71．6%；從需求端來看，我國單晶硅片消費量由2017年的28．7GW增至2020年為144．4GW，年均復(fù)合增長率為71．56%。由此可見，在近年來半導體產(chǎn)業(yè)的驅(qū)動下，我國單晶硅市場規(guī)模和需求量在未來也將持續(xù)保持高速增長，MCZ技術(shù)需求市場也將一并擴大。同時，我國正在逐漸減少單晶硅進口依賴程度，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基礎(chǔ)，未來市場增量可期。產(chǎn)業(yè)化的突進根據(jù)超導材料的基本特性，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)導體所不具備的特性，這些性質(zhì)使超導體能夠?qū)崿F(xiàn)大電流傳輸、獲得強磁場、實現(xiàn)磁懸浮、檢測微弱磁場信號等多種應(yīng)用，因此其被廣泛應(yīng)用在電子通信、電力能源、交通運輸、國防、醫(yī)療器械等諸多領(lǐng)域。由于超導材料和技術(shù)涉及的領(lǐng)域之，發(fā)達國家不惜投入巨資開展前期研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用實驗。我國在產(chǎn)業(yè)政策方面也對超導材料的發(fā)展方向做出了相關(guān)支持，歷年出臺的各類新材料行業(yè)發(fā)展政策推動了超導材料的發(fā)展和革新。《中國制造2025》將超導材料列為前沿顛覆性新材料中需重點發(fā)展的項目，《十三五國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出應(yīng)積極參與國際熱核聚變實驗堆計劃（ITER），不斷完善全超導托卡馬克核聚變實驗裝置等國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。由于超導材料的應(yīng)用不僅能提高電力生產(chǎn)、傳輸?shù)阮I(lǐng)域的工作效率，也能對資源的節(jié)約起到舉足輕重的作用，在這個能源緊缺的時代，超導材料科研技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)的飛躍勢必帶來新一輪的能源革命。目前全球超導市場以低溫超導為主，國內(nèi)低溫超導材料及應(yīng)用占超導市場總量的90%以上，高溫超導材料仍處于商業(yè)化初期。經(jīng)過數(shù)十年的潛心發(fā)展，我國已成為國際超導材料和應(yīng)用技術(shù)研發(fā)的中堅力量，目前已基本掌握了各種實用化超導材料的制備技術(shù)，實現(xiàn)了低溫超導材料的商業(yè)化生產(chǎn)。低溫超導方面，盡管我國在商業(yè)化、超導強電和弱電應(yīng)用技術(shù)等方面已基本達到國際先進水平，但由于產(chǎn)學研用結(jié)合不緊密、創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈不完整，導致我國在高端醫(yī)療設(shè)備、分析儀器、科研裝備等超導技術(shù)應(yīng)用方面存在明顯差距，相關(guān)材料和裝備仍然依賴進口。未來低溫超導材料產(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。高溫超導方面，我國在高溫超導材料基礎(chǔ)研究和工藝研究方面均已實現(xiàn)一定進展，材料性能已基本滿足應(yīng)用需求，目前正逐漸開始商業(yè)化，但和國際水平仍存在著明顯的差距，未來高溫超導料商業(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)將對低溫超導和高溫超導材料各自的產(chǎn)業(yè)鏈、下游應(yīng)用及發(fā)展前景作出梳理和展望。超導磁體行業(yè)技術(shù)水平特點超導MRI系統(tǒng)現(xiàn)已成為業(yè)界公認的高端醫(yī)學影像設(shè)備中皇冠上的明珠，應(yīng)用基礎(chǔ)涉及物理、化學、數(shù)學、生物等基礎(chǔ)學科的支撐和交叉。MRI設(shè)備的發(fā)展物理學基礎(chǔ)是基于科學家對微觀世界和磁場的研究。發(fā)展至20世紀中期，MRI被應(yīng)用于化學物質(zhì)的鑒定和探索，在醫(yī)學領(lǐng)域則通過MRI來區(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)人員在實操和工藝層面上不斷摸索和總結(jié)規(guī)律，涉及力學、低溫、真空、機械、焊接、電子應(yīng)用等多個工學專業(yè)技術(shù)，技術(shù)實踐性強，需要在實操過程中不斷試錯、總結(jié)經(jīng)驗，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)工程師來進行生產(chǎn)，例如在射頻探測器的調(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)驗而非統(tǒng)一的標準方法。超導環(huán)境要求始終維持在嚴格的低溫4．2K環(huán)境（約為-268．8℃），超導線才會達到零電阻特性，電流通過時不會產(chǎn)生熱損耗，可以毫無阻力地在導線中流動，產(chǎn)生超強磁場。通常通過液氦和抽真空的方法來建立低溫環(huán)境，要求磁體中液氦無揮發(fā)以及高密閉性和持續(xù)制冷，防止失超現(xiàn)象發(fā)生，對制冷系統(tǒng)、磁體骨架的搭建、真空浸漬的效果和嚴密的焊接工藝等提出挑戰(zhàn)。1T以上的磁場強度約為10，000高斯，地球的磁場強度約為0．5高斯，1．5T超導磁體場強約為地球磁場的3萬倍。在磁體電源的作用下給超導線加以電流，從而建立預(yù)訂磁場的過程稱為勵磁。勵磁一旦成功，超導線將在不消耗能量的情況下提供強大穩(wěn)定均勻的磁場。勵磁的難度在于高精度大功率的勵磁電源以及勻場技術(shù)和繞線工藝。強磁場環(huán)境中，通電的梯度線圈因受力產(chǎn)生劇烈晃動，形成噪音，是絕大多數(shù)超導MRI系統(tǒng)的通病。為減少晃動，在磁體前后兩端加入固定裝置，盡量抵消掉晃動的力，從而降噪。變化的磁場在其周圍的金屬體內(nèi)會產(chǎn)生感應(yīng)電流，并在金屬體內(nèi)自行閉合，產(chǎn)生渦流，影響磁場均勻性。最常用解決方案就是在主磁體線圈與磁體之間增加一個屏蔽線圈，該線圈的磁場方向和梯度線圈相反，使得合成梯度為零，最終減小渦流情況出現(xiàn)。目前國內(nèi)的大多數(shù)醫(yī)學影像類超導MRI系統(tǒng)市場份額仍然被GPS占據(jù)。國外廠商發(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)勢和客戶黏性。國內(nèi)廠商主要采購核心元部件，依賴上游核心部件廠商，在產(chǎn)業(yè)鏈中的競爭力不強，成本控制能力及議價權(quán)受限。在科研領(lǐng)域，超導MRI設(shè)備被國外產(chǎn)品壟斷的現(xiàn)場更為突出，國內(nèi)廠商缺乏自制能力，而且產(chǎn)品定制化要求高，更考驗廠商的設(shè)計能力和服務(wù)質(zhì)量。因為缺乏競爭對手，國外廠商的設(shè)備定價長期較高。國內(nèi)廠商如具備核心部件自制能力，能夠通過自身的技術(shù)工藝控制成本，從而獲取價格競爭優(yōu)勢。因此，高端醫(yī)療器械的性價比是衡量競爭力的關(guān)鍵指標，該指標同樣適用于邏輯中的科研儀器和設(shè)備。從需求端來看，該行業(yè)的客戶資源主要分為兩種類型：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、壁壘較高，行業(yè)內(nèi)玩家數(shù)量較少，能夠獲得Ⅲ類醫(yī)療器械注冊證的企業(yè)數(shù)量有限，因此和擁有注冊證的系統(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，包括醫(yī)院、高校和科研機構(gòu)等。和優(yōu)質(zhì)客戶建立并保持合作關(guān)系，有利于在行業(yè)內(nèi)建立市場知名度，有利于拓展新的客戶資源。超導材料發(fā)展綜述人們對超導材料的探究得益于低溫物理學的發(fā)展，而超導材料的誕生則源于人們對金屬電阻與溫度之間的關(guān)系探索。超導，全稱超導電性，是二十世紀最重要的科學發(fā)現(xiàn)之一，指的是當某些材料在溫度降低到某一臨界溫度（Tc）時電阻突然消失，電流可以在其間無損耗流動的現(xiàn)象，具備這種特性的材料則被稱為超導材料或超導體。超導體的誕生要追溯到二十世紀初，人們在氣體理論的指導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，也是唯一不能在標準大氣壓下固化的物質(zhì)，而液氦的成功獲得極大地推進了低溫物理學的發(fā)展，這也為超導現(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）時急劇下降，以至完全消失。這也就是超導體的第一個基本特征完全導電性，指當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現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)而獲得了當年的諾貝爾物理學獎，并首次以超導一詞來表達這一現(xiàn)象，寓意為超級導電。自此以后，人們把處于超導狀態(tài)的導體稱為超導材料，其憑借獨特的性能和具有潛力的各項應(yīng)用而持續(xù)地吸引著全球各地眾多科學家的不斷探索。超導材料發(fā)展理論超導材料的發(fā)展離不開理論的支撐，1933年，德國物理學家邁斯納（W．Meissner）和奧林菲爾德（R．Ochsenfeld）共同發(fā)現(xiàn)了超導體的另一個重要特征完全抗磁性，即當材料處于超導狀態(tài)時，將完全排斥磁場，超導體內(nèi)的磁感