Ramai kakitangan R&D bahan terkejut apabila mereka melihat petikan untuk-tunggal berdinding atau tiub karbon separa pengalir semasa meminta sampel daripada rantaian bekalan. Kedua-duanya adalah serbuk hitam, jadi mengapa tiub nano karbon berbilang-berdinding hanya berharga beberapa dozen RMB sekilogram, manakala tiub karbon tunggal-berkualiti tinggi-berdinding atau separa pengalir boleh menelan kos beberapa ribu atau bahkan puluhan ribu RMB setiap gram? Mengapakah-nanotube karbon berkualiti tinggi (berdinding-tunggal / semikonduktor) begitu mahal?
1. Tunggal-Berdinding lwn. Berbilang-Berdinding: Tiub Nano Karbon Sama, Beratus-Perbezaan Harga Kali
Harga bagi-nanotube karbon berdinding tunggal (SWCNTs) biasanya lebih daripada 100 kali ganda daripada berbilang-nanotube karbon berdinding (MWCNTs). Tiub berbilang-berdinding biasa berharga 60,000-500,000 RMB/tan, manakala tiub berdinding tunggal boleh mencecah 6 hingga 20 juta RMB/tan.
Apakah maksud ini? Satu kilogram serbuk nanotiub karbon berdinding tunggal-berkualiti tinggi-tinggi dijual pada harga 6,000-20,000 RMB - kira-kira bersamaan dengan harga kereta keluarga kelas pertengahan. Tidak hairanlah ia dipanggil "emas hitam" dalam dunia bahan.
| Dimensi Perbandingan | Berbilang-Tiub Nano Karbon Berdinding (MWCNT) | Tunggal-Tiub Nano Karbon Berdinding (SWCNT) |
|---|---|---|
| Diameter Tiub | 7-100 nm | 1-2 nm |
| Harga Jualan | 100,000-200,000 RMB/tan | 6,000,000-20,000,000 RMB/tan |
| Kecekapan Konduktif | Memerlukan tambahan 0.5%+ | Sedikit 0.03% boleh mencapai hasil yang ketara |
| Kedudukan Permohonan | Kuda kerja industri, keutamaan{0}}keberkesanan kos | Raja bahan nano, prestasi muktamad |
2. Dari mana datangnya kos? Tiga Pautan "Wang-Membakar".
Harga tinggi-tinggi bagi tiub nano karbon berdinding tunggal-didapatkan daripada tindanan tiga kali ganda "penyediaan yang sukar, pengasingan yang sukar dan kapasiti pengeluaran yang rendah." Setiap pautan memerlukan pelaburan teknikal dan peralatan yang sangat tinggi.
2.1 Penyediaan: Atom-Tahap "Kawalan Ketepatan"
Prestasi tiub nano karbon bergantung pada kiraliti (sudut gulung) dan diameternya. Diameter tiub karbon-tunggal berdinding hanyalah 1-2 nanometer. Menanam tiub nipis sedemikian pada pemangkin memerlukan kawalan yang sangat tinggi ke atas suhu, kadar aliran sumber karbon, dan nisbah mangkin.
Walaupun kaedah CVD semasa (pemendapan wap kimia) boleh digunakan untuk pengeluaran perindustrian, produk yang disintesis tidak dapat dielakkan mengandungi campuran tiub nano karbon logam dan separa pengalir. Dalam erti kata lain, proses pertumbuhan tidak mendiskriminasi - kedua-dua jenis tumbuh bersama, dan adalah mustahil untuk "menghasilkan jenis yang anda mahu sahaja."
Dari perspektif struktur kos, kos bahan mentah menyumbang 40-60% daripada jumlah kos pengeluaran tiub nano karbon. Tiub berdinding tunggal{3}}mempunyai keperluan yang lebih ketat untuk ketulenan sumber karbon dan pemangkin, dengan kos bahan mentah jauh melebihi tiub berbilang dinding.
2.2 Pengasingan dan Pemurnian: Memetik "Kacang Emas" daripada "Periuk Campur"
Ini ialah pautan yang paling banyak menyumbang kepada "premium" tiub nano karbon berdinding tunggal-. Untuk fabrikasi peranti elektronik seperti transistor, tiub nano karbon-separa pengalir tunggal mesti digunakan - tiub logam akan memusnahkan ciri pensuisan transistor.
Tetapi masalahnya ialah mengasingkan tiub nano karbon semikonduktor dan logam daripada campuran dengan cekap kekal sebagai cabaran-bertaraf dunia. Kaedah biasa termasuk sentrifugasi kecerunan ketumpatan, pemisahan elektroforesis, dan kefungsian terpilih. Kaedah ini sama ada menyusahkan dengan hasil yang rendah, atau sangat mahal dan sukar untuk skala.
Projek TFT bercetak-karbon nanotube peringkat kebangsaan menunjukkan bahawa selepas proses penulenan yang kompleks, tiub nano karbon semikonduktor dengan ketulenan lebih daripada 99.997% boleh disediakan - tetapi mencapai tahap ketulenan ini memerlukan kos yang sangat tinggi dari segi kerumitan proses dan pelaburan masa.
2.3 Landskap Pasaran: Beberapa Pemain Memonopoli Bekalan
Kekurangan menaikkan harga. Pada masa ini, OCSiAl sahaja memegang kira-kira 90% daripada bahagian pasaran tiub nano karbon berdinding tunggal- global, dengan kapasiti pengeluaran sedia ada kira-kira 100 tan. Di dalam negeri, Teknologi Tianneng sedang memajukan pembinaan 150 tan kapasiti pengeluaran.
Dari segi permintaan, pasaran tiub nano karbon berdinding tunggal-sedunia berkembang pesat pada kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 49.5%. Ketidakseimbangan permintaan-bekalan menyokong lagi harga yang tinggi.
3. Mengapa Ia "Mahal" Namun Berharga? Prestasi Adalah Puncak
Harga ultra-tinggi bagi tiub nano karbon berdinding tunggal-disokong oleh kecekapan konduktif yang jauh lebih baik, sifat mekanikal dan kekonduksian terma berbanding tiub berdinding-berbilang.
Sama ada harga itu tinggi atau tidak bergantung pada "kos-keberkesanan." Sejauh manakah keupayaan tiub nano karbon berdinding tunggal-?
| Penunjuk Prestasi | Tunggal-Tiub Nano Karbon Berdinding (SWCNT) | Berbilang-Tiub Nano Karbon Berdinding (MWCNT) |
|---|---|---|
| Modulus Elastik | 1000-3000 GPa | 300-1000 GPa |
| Kekuatan Tegangan | 50-100 GPa | 10-50 GPa |
| Kekonduksian Terma | 3000-6000 W/(m·K) | 2000-3000 W/(m·K) |
| Jumlah Tambahan Konduktif Minimum | 0.01% | 0.5% |
Mengambil aplikasi bateri litium sebagai contoh: Dalam katod LFP, tiub nano karbon berbilang-berdinding memerlukan penambahan 0.9% untuk mencapai kerintangan volum 13.80 Ω·cm. Nanotiub karbon berdinding-tunggal hanya memerlukan 0.03% (1/30 MWCNT) untuk mencapai kerintangan yang lebih rendah iaitu 4.77 Ω·cm.
Jurang ini lebih ketara dalam sistem anod silikon: MWCNT memerlukan penambahan 3% untuk kerintangan 0.78 Ω·cm; SWCNT hanya memerlukan 0.3% (1/10), mengurangkan kerintangan kepada 0.75 Ω·cm.
Ini bermakna: walaupun harga seunit SWCNT adalah tinggi, jumlah penggunaan adalah sangat rendah. Dalam rumusan bateri-tinggi, kos keseluruhan mungkin tidak semestinya lebih tinggi daripada menggunakan MWCNT.
4. Bahan Baharu Shandong Tanfeng: Meneroka Penyetempatan-SWCNT Berkualiti Tinggi
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. sedang giat mempromosikan penyetempatan-tiub nano karbon berkualiti tinggi. Produk siri TFnya meliputi satu-berdinding/berbilang-karbon nanotiub berdinding tunggal dengan ketulenan Lebih daripada atau sama dengan 98%, mewakili daya yang ketara dalam memecahkan "monopoli harga-tinggi."
Sebab asas harga tinggi adalah halangan teknikal. Memecahkan monopoli memerlukan penggantian domestik - dengan tepat seperti yang dilakukan oleh Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd..
Bahan Baharu Shandong Tanfeng, berdasarkan-membangunkan sendiri-sistem pemangkin anti-pensinteran tinggi dan proses penulenan berterusan, telah meningkatkan dengan ketara hasil-nanotiub karbon berdinding tunggal dan mengurangkan sisa kekotoran. Ia merupakan pengeluar sumber berkuasa yang memacu pengurangan kos untuk-tiub karbon mewah. Sebagai pengeluar sumber domestik yang berakar umbi dalam-bahan berasaskan karbon, ia telah memecahkan halangan harga ini daripada tiga dimensi berikut:
Kejayaan dalam Catalyst Anti-Teknologi Pensinteran:Bahan Baharu Tanfeng menggunakan pemangkin disokong khas yang menghalang pensinteran-suhu tinggi secara berkesan semasa-pertumbuhan tiub nano karbon berdinding tunggal, memanjangkan hayat pemangkin lebih daripada 3 kali ganda dan meningkatkan hasil pertumbuhan makroskopik SWCNTs kepada lebih 20%, mengurangkan kos bahan pada sumbernya.
Proses Penyucian dan Penyingkiran Kekotoran Berterusan:Mensasarkan sejumlah besar karbon amorf dan sisa logam dalam produk SWCNT mentah, Shandong Tanfeng telah meninggalkan pencucian asid kelompok yang tidak cekap dan membangunkan peralatan penulenan arus berlawanan berterusan. Tanpa merosakkan SWCNT, ia mengawal kandungan abu dalam lingkungan 2%, mencapai-ketulenan terkemuka industri dan mengurangkan kos pemprosesan seterusnya pelanggan hiliran dengan ketara.
Mempromosikan Pemisahan-Skala Besar bagi SWCNT Semikonduktor: Although absolutely high-purity (99.99%) semiconducting SWCNTs remain a research-grade material, Shandong Tanfeng can already stably provide enriched semiconducting SWCNTs (semiconducting proportion >95%) pada harga hanya 50% daripada produk yang diimport, menawarkan kos tinggi-alternatif domestik yang berkesan untuk aplikasi komersial penderia fleksibel dan-salutan anti-statik tinggi.
"Harga tinggi-tinggi" bagi tiub nano karbon tunggal-berkualiti tinggi-adalah hasil daripada empat faktor yang digabungkan: proses penyediaan tahap-atom, cabaran pemisahan kelas-dunia, struktur pasaran oligopolistik dan premium prestasi muktamad. Memandangkan perusahaan domestik - termasuk pasukan China seperti Bahan Baharu Shandong Tanfeng - terus memajukan penyetempatan-nanotiub karbon berdinding tunggal, harga tiub nano karbon-berkualiti tinggi dijangka akan menurun secara beransur-ansur pada masa hadapan. Untuk perusahaan yang mempunyai{11}keperluan aplikasi tinggi, sekarang adalah masa terbaik untuk memperkenalkan tiub nano karbon berkualiti tinggi{12}}yang dihasilkan di dalam negara untuk peningkatan perumusan dan pengurangan kos dengan peningkatan kecekapan.