Monet materiaalien tutkimus- ja kehitystyöntekijät hämmästyvät nähdessään tarjouksen yksi-seinämäisistä tai puolijohtavista hiilinanoputkista pyytäessään näytteitä toimitusketjulta. Molemmat ovat mustia jauhoja, joten miksi moni-seinämäiset hiilinanoputket maksavat vain muutama tusina RMB/kg, kun taas laadukkaat-yksiseinäiset tai puolijohtavat hiilinanoputket voivat maksaa useita tuhansia tai jopa kymmeniä tuhansia RMB/gramma? Miksi korkealaatuiset-hiilinanoputket (yksi-seinämäiset / puolijohteet) ovat niin kalliita?
1. Yksi-seinämäinen vs. moniseinäinen-seinämäinen: samat hiilinanoputket, sata-kertainen hintaero
Yksiseinäisten hiilinanoputkien (SWCNT) hinta on tyypillisesti yli 100 kertaa moni-seinämäisten hiilinanoputkien (MWCNT) hinta. Tavalliset moniseinäiset putket maksavat 60 000-500 000 RMB/tonni, kun taas yksiseinäiset putket voivat nousta 6-20 miljoonaan RMB/tonni.
Mitä tämä tarkoittaa? Kilo korkealaatuista-yksiseinämäistä-hiilinanoputkijauhetta myydään hintaan 6 000-20 000 RMB -, mikä vastaa suunnilleen keskihintaisen perheauton hintaa. Ei ihme, että sitä kutsutaan "mustaksi kullaksi" materiaalimaailmassa.
| Vertailumitta | Moni{0}}seinämäiset hiilinanoputket (MWCNT) | Yksi{0}}seinämäiset hiilinanoputket (SWCNT) |
|---|---|---|
| Putken halkaisija | 7-100 nm | 1-2 nm |
| Myyntihinta | 100 000-200 000 RMB/tonni | 6 000 000-20 000 000 RMB/tonni |
| Johtava tehokkuus | Vaatii 0,5%+ lisäyksen | Jo 0,03 % voi saavuttaa merkittäviä tuloksia |
| Sovelluksen paikannus | Teollinen työhevonen, kustannustehokkuusetu{0}} | Nanomateriaalien kuningas, äärimmäinen suorituskyky |
2. Mistä kustannukset tulevat? Kolme rahan-polttolinkkiä
Yksiseinäisten hiilinanoputkien-korkea hinta- johtuu kolminkertaisesta "vaikeasta valmistelusta, vaikeasta erottamisesta ja alhaisesta tuotantokapasiteetista". Jokainen linkki vaatii erittäin suuria teknisiä ja laiteinvestointeja.
2.1 Valmistelu: Atomi-tason "Tarkkuusohjaus"
Hiilinanoputkien suorituskyky riippuu niiden kiraalisuudesta (vierimiskulmasta) ja halkaisijasta. Yksiseinäisten hiilinanoputkien halkaisija on vain 1-2 nanometriä. Tällaisten ohuiden putkien kasvattaminen katalyyteillä vaatii erittäin korkeaa lämpötilan, hiililähteen virtausnopeuden ja katalyyttisuhteen hallintaa.
Vaikka nykyistä CVD-menetelmää (kemiallinen höyrypinnoitus) voidaan käyttää teolliseen tuotantoon, syntetisoitu tuote sisältää väistämättä metallisten ja puolijohtavien hiilinanoputkien seoksen. Toisin sanoen kasvuprosessi ei syrji - molemmat tyypit kasvavat yhdessä, ja on mahdotonta "tuottaa vain haluamaasi tyyppiä".
Kustannusrakenteen näkökulmasta raaka-ainekustannukset muodostavat 40-60 % hiilinanoputkien kokonaistuotantokustannuksista. Yksiseinäisillä-putkilla on tiukemmat vaatimukset hiililähteen puhtaudelle ja katalyyteille, ja raaka-ainekustannukset ylittävät paljon moniseinäisten putkien kustannukset.
2.2 Erotus ja puhdistaminen: "Kultaisten papujen" poimiminen "sekoitarudosta"
Tämä linkki edistää eniten yksiseinäisten-hiilinanoputkien "premium"-laatua. Elektronisten laitteiden, kuten transistorien, valmistukseen on käytettävä puolijohtavia yksi-seinämäisiä hiilinanoputkia - metalliputkia, jotka tuhoavat transistorien kytkentäominaisuudet.
Mutta ongelmana on, että puolijohtavien ja metallisten hiilinanoputkien tehokas erottaminen seoksista on edelleen maailmanluokan haaste. Yleisiä menetelmiä ovat tiheysgradienttisentrifugointi, elektroforeettinen erotus ja selektiivinen funktionalisointi. Nämä menetelmät ovat joko hankalia ja alhaisella tuotolla tai erittäin kalliita ja vaikeita mitoittaa.
Kansallinen-hiilinanoputkipainettu TFT-projekti osoittaa, että monimutkaisten puhdistusprosessien jälkeen voidaan valmistaa puolijohtavia hiilinanoputkia, joiden puhtaus on yli 99,997 %, -, mutta tämän puhtaustason saavuttaminen maksaa prosessin monimutkaisuuden ja aikainvestoinnin kannalta erittäin korkeat kustannukset.
2.3 Markkinamaisema: Muutama pelaaja monopolisoi tarjontaa
Niukkuus nostaa hintaa. Tällä hetkellä OCSiAlilla on yksin noin 90 % maailman yksiseinäisten hiilinanoputkien markkinaosuudesta, ja nykyinen tuotantokapasiteetti on noin 100 tonnia. Kotimaassa Tianneng Technology edistää 150 tonnin tuotantokapasiteetin rakentamista.
Kysyntäpuolella globaalit yksiseinäisten hiilinanoputkien markkinat{0}}laajentuvat nopeasti ja niiden vuotuinen kasvuvauhti on 49,5 %. Tarjonnan-epätasapaino tukee edelleen korkeaa hintaa.
3. Miksi se on "kallista" mutta arvokasta? Suorituskyky on ydin
Yksisei
Se, onko hinta korkea vai ei, riippuu "kustannustehokkuudesta"{0}}. Kuinka tehokkaita yksiseinäiset hiilinanoputket ovat?
| Suorituskykyindikaattori | Yksi{0}}seinämäiset hiilinanoputket (SWCNT) | Moni{0}}seinämäiset hiilinanoputket (MWCNT) |
|---|---|---|
| Elastinen moduuli | 1000-3000 GPa | 300-1000 GPa |
| Vetolujuus | 50-100 GPa | 10-50 GPa |
| Lämmönjohtavuus | 3000-6000 W/(m·K) | 2000-3000 W/(m·K) |
| Johtavan lisäaineen vähimmäismäärä | 0.01% | 0.5% |
Esimerkkinä litiumakkusovellukset: LFP-katodeissa moniseinäiset hiilinanoputket vaativat 0,9 %:n lisäyksen, jotta saavutetaan 13,80 Ω·cm:n tilavuusvastus. Yksiseinäiset hiilinanoputket vaativat vain 0,03 % (1/30 MWCNT:stä) saavuttaakseen alhaisemman 4,77 Ω·cm:n ominaisvastuksen.
Rako on vieläkin selvempi piianodijärjestelmissä: MWCNT:t vaativat 3 %:n lisäyksen 0,78 Ω·cm:n resistiivisyyteen; SWCNT:t vaativat vain 0,3 % (1/10), mikä pienentää resistiivisyyden arvoon 0,75 Ω·cm.
Tämä tarkoittaa: vaikka SWCNT:iden yksikköhinta on korkea, käyttömäärä on erittäin alhainen. Korkealaatuisissa-akkurakenteissa kokonaiskustannukset eivät välttämättä ole korkeammat kuin käytettäessä MWCNT:itä.
4. Shandong Tanfeng Uusi materiaali: Laadukkaiden SWCNT{1}}lokalisoinnin tutkiminen
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. edistää aktiivisesti korkealaatuisten-hiilinanoputkien lokalisointia. Sen TF-sarjan tuotteet kattavat yksi--/moni{5}}seinämäiset hiilinanoputket, joiden puhtausaste on suurempi tai yhtä suuri kuin 98 %, mikä edustaa merkittävää voimaa "korkean-hinnan monopolin murtamisessa."
Perussyy korkeaan hintaan on tekninen este. Monopolin murtaminen edellyttää kotimaista korvaamista - juuri sitä, mitä Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. tekee.
Shandong Tanfeng New Material on itsekehittämän -tehokkaan-sintraamista estävän katalyyttijärjestelmän ja jatkuvien puhdistusprosessien ansiosta parantanut merkittävästi yksiseinäisten-hiilinanoputkien saantoa ja vähentänyt epäpuhtausjäämiä. Se on tehokas lähdevalmistaja, joka vähentää kustannuksia korkealaatuisten-hiiliputkien osalta. Kotimaisena lähdevalmistajana, joka on juurtunut syvälle hiili-pohjaisiin materiaaleihin, se murtaa tämän hintaesteen seuraavista kolmesta ulottuvuudesta:
Catalyst Anti{0}} Sintrausteknologian läpimurto:Tanfeng New Material käyttää erityistä tuettua katalyyttiä, joka estää tehokkaasti sintraamisen korkeassa{0}}lämpötiloissa yksiseinäisen hiilinanoputken kasvun aikana, pidentäen katalyytin käyttöikää yli kolme kertaa ja lisäämällä SWCNT:iden makroskooppisen kasvusannon yli 20 %:iin, mikä vähentää materiaalikustannuksia niiden lähteellä.
Jatkuva puhdistus- ja epäpuhtauksien poistoprosessi:Shandong Tanfeng on hylännyt tehottoman panoshappopesun ja kehittänyt jatkuvan vastavirtapuhdistuslaitteiston. SWCNT:itä vahingoittamatta se hallitsee tuhkapitoisuutta 2 %:n sisällä, mikä saavuttaa alan johtavan puhtauden ja vähentää merkittävästi loppupään asiakkaiden myöhempiä käsittelykustannuksia.
Puolijohtavien SWCNT:iden laajamittaisen{0}}erottelun edistäminen: 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 %) hintaan vain 50 % tuontituotteista, mikä tarjoaa erittäin kustannustehokkaan kotimaisen vaihtoehdon joustavien antureiden ja korkealaatuisten -antistaattisten pinnoitteiden kaupalliseen käyttöön.
Laadukkaiden-yksiseinäisten hiilinanoputkien "taivas-korkea hinta" on seurausta neljästä tekijästä: atomi-tason valmisteluprosessit, maailmanluokan-erotteluhaasteet, oligopolistinen markkinarakenne ja huippuluokan suorituskyky. Kun kotimaiset yritykset -, mukaan lukien kiinalaiset voimat, kuten Shandong Tanfeng New Material -, jatkavat yksiseinäisten hiilinanoputkien-lokalisointia, korkealaatuisten{{9}hiilinanoputkien hinnan odotetaan laskevan asteittain tulevaisuudessa. Yrityksille, joilla on korkealaatuisia sovelluksia, nyt on paras aika ottaa käyttöön kotimaassa tuotettuja korkealaatuisia hiilinanoputkia formulaatiopäivityksiä ja kustannusten alentamista tehokkuuden parantamiseksi.