Ħafna persunal tal-R&D dwar il-materjali jinħassu meta jara l-kwotazzjoni għal nanotubi tal-karbonju b'ħitan wieħed jew semikondutturi waqt li jitolbu kampjuni mill-katina tal-provvista. It-tnejn huma trab suwed, allura għaliex in-nanotubi tal-karbonju b'ħafna-ħitan jiswew biss ftit tużżani RMB għal kull kilogramma, filwaqt li n-nanotubi tal-karbonju b'ħitan jew semikondutturi ta' kwalità-singolo-għoli jistgħu jiswew bosta eluf jew saħansitra għexieren ta' eluf ta' RMB għal kull gramma? Għaliex in-nanotubi tal-karbonju ta'-kwalità għolja (ħitan-single/semikondutturi) huma daqshekk għaljin?
1. Uniku-Walled vs Multi-Walled: L-istess Nanotubi tal-Karbonju, Mitt-Differenza fil-Prezz
Il-prezz tan-nanotubi tal-karbonju b'ħitan wieħed (SWCNTs) huwa tipikament aktar minn 100 darba dak tan-nanotubi tal-karbonju b'ħafna-ħitan (MWCNTs). It-tubi b'ħafna -ħitan ordinarji jiswew 60,000-500,000 RMB/tunnellata, filwaqt li tubi b'ħitan wieħed jistgħu jilħqu 6 sa 20 miljun RMB/tunnellata.
Xi jfisser dan? Kilogramma wieħed ta' trab tan-nanotubi tal-karbonju b'ħitan wieħed ta'-kwalità-għolja jinbiegħ għal 6,000-20,000 RMB - bejn wieħed u ieħor ekwivalenti għall-prezz ta' karozza tal-familja ta' medda medja. Mhux ta 'b'xejn li jissejjaħ "deheb iswed" fid-dinja tal-materjali.
| Dimensjoni ta' Tqabbil | Nanotubi tal-karbonju b'ħafna-ħitan (MWCNT) | -Nanotubi tal-Karbonju b'ħitan Uniċi (SWCNT) |
|---|---|---|
| Dijametru tat-tubu | 7-100 nm | 1-2 nm |
| Prezz tal-Bejgħ | 100,000-200,000 RMB/tunnellata | 6,000,000-20,000,000 RMB/tunnellata |
| Effiċjenza Konduttiva | Jeħtieġ 0.5% + żieda | Ftit daqs 0.03% jistgħu jiksbu riżultati sinifikanti |
| Applikazzjoni Pożizzjonament | Workhorse industrijali, prijorità ta' kost{0}}effettività | Re tan-nanomaterjali, prestazzjoni aħħarija |
2. Minn fejn ġejja l-ispiża? Tliet Links tal-"Flus-Ħruq".
Il-prezz tas-sema-għoli tan-nanotubi tal-karbonju-wieħed b'ħitan ġej mill-overlay triplu ta' "preparazzjoni diffiċli, separazzjoni diffiċli, u kapaċità ta' produzzjoni baxxa." Kull rabta teħtieġ investiment tekniku u fit-tagħmir estremament għoli.
2.1 Preparazzjoni: "Kontroll ta' Preċiżjoni" ta' Livell-Atomic
Il-prestazzjoni tan-nanotubi tal-karbonju tiddependi fuq il-kiralità (angolu tal-irrumblar) u d-dijametru tagħhom. Id-dijametru tan-nanotubi tal-karbonju b'ħitan wieħed-huwa biss 1-2 nanometri. It-tkabbir ta 'tubi rqaq bħal dawn fuq il-katalizzaturi jeħtieġ kontroll estremament għoli fuq it-temperatura, ir-rata tal-fluss tas-sors tal-karbonju, u l-proporzjon tal-katalizzatur.
Għalkemm il-metodu CVD attwali (depożizzjoni tal-fwar kimiku) jista 'jintuża għall-produzzjoni industrijali, il-prodott sintetizzat inevitabbilment fih taħlita ta' nanotubi tal-karbonju metalliċi u semikonduttivi. Fi kliem ieħor, il-proċess tat-tkabbir ma jiddiskriminax - iż-żewġ tipi jikbru flimkien, u huwa impossibbli li "tipproduċi biss it-tip li trid."
Mill-perspettiva tal-istruttura tal-ispiża, l-ispejjeż tal-materja prima jammontaw għal 40-60% tal-ispejjeż totali tal-produzzjoni tan-nanotubi tal-karbonju. Tubi b'ħitan waħdieni- għandhom rekwiżiti aktar stretti għall-purità tas-sors tal-karbonju u l-katalisti, bi spejjeż tal-materja prima li jaqbżu bil-bosta dawk ta 'tubi b'ħafna ħitan.
2.2 Separazzjoni u Purifikazzjoni: Picking "Golden Beans" minn "Mixed Pot"
Din hija r-rabta li tikkontribwixxi l-aktar għall-"premium" tan-nanotubi tal-karbonju b'-ħajt wieħed. Għall-fabbrikazzjoni ta' tagħmir elettroniku bħal transisters, għandhom jintużaw nanotubi tal-karbonju b'ħitan wieħed semikondutturi - tubi metalliċi jeqirdu l-karatteristiċi tal-iswiċċjar tat-transistors.
Iżda l-problema hija li s-separazzjoni effiċjenti tan-nanotubi tal-karbonju semikondutturi u metalliċi minn taħlitiet tibqa' sfida ta'-klassi dinjija. Metodi komuni jinkludu ċentrifugazzjoni tal-gradjent tad-densità, separazzjoni elettroforetika, u funzjonalizzazzjoni selettiva. Dawn il-metodi huma jew ingombranti b'rendiment baxx, jew għaljin ħafna u diffiċli biex jiġu skalati.
Proġett tat-TFT stampat ta' nanotubi tal-karbonju ta' livell-nazzjonali juri li wara proċessi ta' purifikazzjoni kumplessi, in-nanotubi tal-karbonju semikonduttivi b'purità akbar minn 99.997% jistgħu jiġu ppreparati - iżda l-kisba ta' dan il-livell ta' purità tiġi bi spiża estremament għolja f'termini ta' kumplessità tal-proċess u investiment fil-ħin.
2.3 Pajsaġġ tas-Suq: Ftit Parteċipanti jimmonopolizzaw il-Provvista
L-iskarsezza tgħolli l-prezz. Bħalissa, OCSiAl waħdu għandu madwar 90% tas-sehem globali tas-suq tan-nanotubi tal-karbonju b'ħitan wieħed-, b'kapaċità ta 'produzzjoni eżistenti ta' madwar 100 tunnellata. Domestikament, Tianneng Technology qed tavvanza l-kostruzzjoni ta '150 tunnellata ta' kapaċità ta 'produzzjoni.
Min-naħa tad-domanda, is-suq globali tan-nanotubi tal-karbonju b'ħitan waħdieni qed jespandi malajr b'rata ta' tkabbir annwali kompost ta' 49.5%. L-iżbilanċ tal-provvista-domanda jkompli jappoġġa l-prezz għoli.
3. Għaliex Huwa "Għoli" Għadu Siewi? Il-prestazzjoni hija l-linja tal-qiegħ
Il-prezz ultra-għoli tan-nanotubi tal-karbonju b'ħitan wieħed-huwa appoġġat mill-effiċjenza konduttiva, il-proprjetajiet mekkaniċi u l-konduttività termali tagħhom ferm superjuri meta mqabbla ma' tubi b'ħafna-ħitan.
Jekk il-prezz huwiex għoli jew le jiddependi fuq "kost-effettività." Kemm huma kapaċi n-nanotubi tal-karbonju-single walled?
| Indikatur tal-Prestazzjoni | -Nanotubi tal-Karbonju b'ħitan Uniċi (SWCNT) | Nanotubi tal-karbonju b'ħafna-ħitan (MWCNT) |
|---|---|---|
| Modulu Elastiku | 1000-3000 GPa | 300-1000 GPa |
| Qawwa tat-tensjoni | 50-100 GPa | 10-50 GPa |
| Konduttività Termali | 3000-6000 W/(m·K) | 2000-3000 W/(m·K) |
| Ammont Minimu ta' Addittiv Konduttiv | 0.01% | 0.5% |
Nieħdu applikazzjonijiet ta 'batteriji tal-litju bħala eżempju: Fil-katodi LFP, nanotubi tal-karbonju b'ħafna -ħitan jeħtieġu żieda ta' 0.9% biex tinkiseb resistività tal-volum ta '13.80 Ω·cm. Nanotubi tal-karbonju b'ħitan waħdieni-jeħtieġu biss 0.03% (1/30 ta 'MWCNT) biex tinkiseb resistività aktar baxxa ta' 4.77 Ω·cm.
Id-distakk huwa saħansitra aktar evidenti f'sistemi ta 'anodi tas-silikon: MWCNTs jeħtieġu żieda ta' 3% għal resistività ta '0.78 Ω·cm; L-SWCNTs jeħtieġu biss 0.3% (1/10), inaqqsu r-reżistenza għal 0.75 Ω·cm.
Dan ifisser: għalkemm il-prezz tal-unità tal-SWCNTs huwa għoli, l-ammont tal-użu huwa estremament baxx. F'formulazzjonijiet ta' batteriji ta'-livell għoli, l-ispiża ġenerali tista' mhux neċessarjament tkun ogħla mill-użu ta' MWCNTs.
4. Shandong Tanfeng Materjal Ġdid: Esplorazzjoni tal-Lokalizzazzjoni ta' SWCNTs ta'-Kwalità Għolja
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd qed tippromwovi b'mod attiv il-lokalizzazzjoni ta '-nanotubi tal-karbonju ta' kwalità għolja. Il-prodotti tas-serje TF tagħha jkopru nanotubi tal-karbonju b'-ħitan singoli/b'ħafna-ħitan b'purità Akbar minn jew ugwali għal 98%, li jirrappreżentaw forza sinifikanti fil-ksur tal-"monopolju tal-prezz-għoli."
Ir-raġuni fundamentali għall-prezz għoli hija l-ostaklu tekniku. It-tkissir tal-monopolju jeħtieġ sostituzzjoni domestika - preċiżament dak li qed tagħmel Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd.
Il-Materjal Ġdid ta 'Shandong Tanfeng, bis-saħħa tas-sistema ta' katalizzatur tas-sinterizzazzjoni ta' kontra-sinterizzazzjoni ta' effiċjenza għolja{-żviluppata minnha awto{-u proċessi kontinwi ta' purifikazzjoni, tejbet b'mod sinifikanti r-rendiment ta' nanotubi tal-karbonju b'ħitan wieħed-u naqqas ir-residwi tal-impurità. Huwa manifattur sors b'saħħtu li jmexxi tnaqqis fl-ispiża għal tubi tal-karbonju high-. Bħala manifattur ta' sors domestiku b'għeruq profondi f'materjali bbażati fuq il-karbonju-, qed jikser dan l-ostaklu tal-prezz mit-tliet dimensjonijiet li ġejjin:
Rivoluzzjoni fit-Teknoloġija ta' Kontra-Sinterizzazzjoni tal-Katalisti:Materjal Ġdid Tanfeng juża katalizzatur appoġġjat speċjali li effettivament jinibixxi s-sinterizzazzjoni ta '-temperatura għolja matul it-tkabbir tan-nanotubu tal-karbonju b'ħitan wieħed, li jestendi l-ħajja tal-katalist b'aktar minn 3 darbiet u jżid ir-rendiment makroskopiku tat-tkabbir ta' SWCNTs għal aktar minn 20%, u jnaqqas l-ispejjeż tal-materjal fis-sors.
Purifikazzjoni Kontinwa u Proċess ta' Tneħħija ta' Impurità:Immira l-ammonti kbar ta 'karbonju amorfu u residwi tal-metall fi prodotti SWCNT mhux raffinati, Shandong Tanfeng abbanduna l-ħasil ineffiċjenti tal-aċidu tal-lott u żviluppa tagħmir ta' purifikazzjoni kontrokurrent kontinwu. Mingħajr ma tagħmel ħsara lill-SWCNTs, tikkontrolla l-kontenut tal-irmied fi ħdan 2%, tikseb l-industrija-purità ewlenija u tnaqqas b'mod sinifikanti l-ispejjeż tal-ipproċessar sussegwenti tal-klijenti downstream.
Nippromwovu s-Separazzjoni ta'-Skala Kbira ta' SWCNTs Semikonduttivi: 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%) bi prezzijiet ta' 50% biss tal-prodotti importati, li joffru alternattiva domestika kost-effettiva ħafna għall-applikazzjoni kummerċjali ta' sensuri flessibbli u kisjiet anti-high-end.
Il-"prezz-għoli" tan-nanotubi tal-karbonju ta'-kwalità għolja-ħitan wieħed huwa r-riżultat ta' erba' fatturi magħquda: proċessi ta' preparazzjoni fil-livell atomiku-, sfidi ta' separazzjoni ta'-klassi dinjija, struttura tas-suq oligopolistiku, u primjums tal-prestazzjoni aħħarija. Hekk kif l-intrapriżi domestiċi - inklużi l-forzi Ċiniżi bħal Shandong Tanfeng New Material - ikomplu javvanzaw il-lokalizzazzjoni ta 'nanotubi tal-karbonju b'ħitan wieħed-, il-prezz ta' nanotubi tal-karbonju ta'-kwalità għolja huwa mistenni li jonqos gradwalment fil-futur. Għal intrapriżi bi ħtiġijiet ta' applikazzjoni ta'-aħħar tmiem, issa huwa l-aħjar żmien biex jiġu introdotti nanotubi tal-karbonju ta'-kwalità għolja prodotti domestikament għal titjib fil-formulazzjoni u tnaqqis fl-ispejjeż b'titjib fl-effiċjenza.