Mnogi ljudi koji se bave istraživanjem i razvojem materijala su zatečeni kada vide ponudu za jednozidne ili poluprovodne ugljenične nanocijevi- dok traže uzorke iz lanca snabdevanja. Oba su crni prah, pa zašto onda ugljenične nanocijevi sa-stijenkama koštaju samo nekoliko desetina RMB po kilogramu, dok visoko-kvalitetne jednozidne-ugljične nanocijevi ili poluvodičke nanocijevi mogu koštati nekoliko hiljada ili čak desetine hiljada RMB po gramu? Zašto su visoko{5}}kvalitetne ugljične nanocijevi (jednoslojne/poluprovodničke) tako skupe?
1. Jednozidni-nasuprot više-zidnim: iste ugljične nanocijevi, sto-puta razlika u cijeni
Cijena ugljeničnih nanocijevi sa -stinama (SWCNT) je obično više od 100 puta veća od cijene ugljeničnih nanocijevi sa više - stijenki (MWCNT). Obične cijevi sa više{4}}zidnih stijenki koštaju 60.000-500.000 RMB/tona, dok cijevi sa jednim zidom mogu dostići 6 do 20 miliona RMB/toni.
Šta ovo znači? Jedan kilogram -kvalitetne jednoslojne-ugljične nanocijevi u prahu sa jednim zidom prodaje se za 6.000-20.000 RMB - što je otprilike ekvivalentno cijeni porodičnog automobila srednje klase. Nije ni čudo što se u svijetu materijala naziva "crno zlato".
| Comparison Dimension | Ugljične nanocijevi sa više-zidova (MWCNT) | Ugljične nanocijevi sa-jednom stijenkom (SWCNT) |
|---|---|---|
| Tube Diameter | 7-100 nm | 1-2 nm |
| Prodajna cijena | 100,000-200,000 RMB/ton | 6,000,000-20,000,000 RMB/ton |
| Conductive Efficiency | Zahtijeva 0,5%+ dodatak | Već 0,03% može postići značajne rezultate |
| Pozicioniranje aplikacije | Industrijski radni konj, prioritet isplativosti- | Kralj nanomaterijala, vrhunske performanse |
2. Odakle dolazi cijena? Tri "Money-Burning" linka
Nebo{0}}visoka cijena ugljikovih nanocijevi-sa jednim zidom dolazi od trostrukog prekrivanja "teške pripreme, teškog odvajanja i niskog proizvodnog kapaciteta." Svaka karika zahtijeva izuzetno velika ulaganja u tehniku i opremu.
2.1 Priprema: Atomski-Nivo "Precizna kontrola"
Performanse karbonskih nanocevi zavise od njihove kiralnosti (ugla kotrljanja) i prečnika. Prečnik ugljeničnih nanocevi sa jednim zidom-je samo 1-2 nanometra. Uzgajanje tako tankih cijevi na katalizatorima zahtijeva izuzetno visoku kontrolu nad temperaturom, brzinom protoka izvora ugljika i omjerom katalizatora.
Iako se trenutna CVD metoda (hemijsko taloženje pare) može koristiti za industrijsku proizvodnju, sintetizirani proizvod neizbježno sadrži mješavinu metalnih i poluvodičkih ugljičnih nanocijevi. Drugim riječima, proces rasta ne razlikuje - oba tipa rastu zajedno, i nemoguće je "proizvesti samo tip koji želite."
Iz perspektive strukture troškova, troškovi sirovina čine 40-60% ukupnih troškova proizvodnje ugljeničnih nanocijevi. Jednozidne cijevi imaju strožije zahtjeve za čistoću izvora ugljika i katalizatore, sa troškovima sirovina koji su daleko veći od onih sa višeslojnim cijevima.
2.2 Odvajanje i pročišćavanje: branje "zlatnog pasulja" iz "mešanog lonca"
Ovo je veza koja najviše doprinosi "premium" karbonskih nanocijevi sa jednim-zidom. Za proizvodnju elektronskih uređaja kao što su tranzistori, moraju se koristiti poluvodičke jednozidne ugljične nanocijevi - - metalne cijevi bi uništile karakteristike prebacivanja tranzistora.
Ali problem je u tome što efikasno odvajanje poluvodičkih i metalnih ugljičnih nanocijevi iz mješavina ostaje izazov-svjetske klase. Uobičajene metode uključuju centrifugiranje s gradijentom gustine, elektroforetsko odvajanje i selektivnu funkcionalizaciju. Ove metode su ili glomazne sa niskim prinosom, ili su izuzetno skupe i teško ih je skalirati.
Nacionalni-projekat TFT štampanih ugljičnih nanocijevi na nacionalnom nivou pokazuje da se nakon složenih procesa prečišćavanja mogu pripremiti poluvodičke karbonske nanocijevi čistoće veće od 99,997% -, ali postizanje ovog nivoa čistoće dolazi uz izuzetno visoku cijenu u smislu složenosti procesa i ulaganja vremena.
2.3 Tržišni pejzaž: Nekoliko igrača monopolizira ponudu
Oskudica podiže cijenu. Trenutno, samo OCSiAl drži približno 90% globalnog tržišnog udjela ugljičnih nanocijevi sa jednom-zidom, sa postojećim proizvodnim kapacitetom od oko 100 tona. Na domaćem planu, Tianneng Technology unapređuje izgradnju 150 tona proizvodnog kapaciteta.
Što se tiče potražnje, globalno tržište karbonskih nanocijevi sa jednim{0}}zinom se brzo širi po ukupnoj godišnjoj stopi rasta od 49,5%. Neravnoteža ponude{3}}potražnje dalje podržava visoku cijenu.
3. Zašto je "skupo", a ipak vrijedno? Performanse su najbitnije
Ultra{0}}visoka cijena ugljičnih nanocijevi sa jednim-zinom podržana je njihovom daleko superiornom provodljivom efikasnošću, mehaničkim svojstvima i toplotnom provodljivošću u poređenju sa cijevima sa više-stina.
Da li je cijena visoka ili ne zavisi od "isplativosti-." Koliko su sposobne jednoslojne ugljične nanocijevi-?
| Indikator učinka | Ugljične nanocijevi sa-jednom stijenkom (SWCNT) | Ugljične nanocijevi sa više-zidova (MWCNT) |
|---|---|---|
| Modul elastičnosti | 1000-3000 GPa | 300-1000 GPa |
| Zatezna čvrstoća | 50-100 GPa | 10-50 GPa |
| Toplotna provodljivost | 3000-6000 W/(m·K) | 2000-3000 W/(m·K) |
| Minimalna vodljiva količina aditiva | 0.01% | 0.5% |
Uzimajući za primjer primjene litijumskih baterija: U LFP katodama, ugljične nanocijevi sa više stijenki- zahtijevaju dodatak od 0,9% da bi se postigla zapreminska otpornost od 13,80 Ω·cm. Ugljične nanocijevi sa jednim zidom - zahtijevaju samo 0,03% (1/30 MWCNT) da bi se postigla niža otpornost od 4,77 Ω·cm.
Razmak je još izraženiji u silicijumskim anodnim sistemima: MWCNT zahtevaju dodatak od 3% za otpornost od 0,78 Ω·cm; SWCNT zahtijeva samo 0,3% (1/10), smanjujući otpornost na 0,75 Ω·cm.
To znači: iako je jedinična cijena SWCNT-a visoka, količina upotrebe je izuzetno niska. U vrhunski-formulacijama baterija, ukupni trošak ne mora nužno biti veći od korištenja MWCNT-a.
4. Shandong Tanfeng Novi materijal: Istraživanje lokalizacije visoko-kvalitetnih SWCNT-ova
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. aktivno promovira lokalizaciju visoko-kvalitetnih ugljičnih nanocijevi. Njeni proizvodi iz serije TF pokrivaju ugljenične nanocijevi sa-/više{5}}stinama sa čistoćom većom ili jednakom 98%, što predstavlja značajnu silu u razbijanju "monopola-visokih cijena."
Osnovni razlog visoke cijene je tehnička barijera. Razbijanje monopola zahtijeva domaću zamjenu - upravo ono što Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. radi.
Shandong Tanfeng Novi materijal, zahvaljujući svom-razvijenom visokoefikasnom{-sistemu katalizatora protiv sinterovanja i kontinuiranim procesima prečišćavanja, značajno je poboljšao prinos jednoslojnih-ugljičnih nanocijevi i smanjio ostatke nečistoća. To je moćan proizvođač koji pokreće smanjenje troškova za visoko{5}}ugljične cijevi. Kao domaći proizvođač koji je duboko ukorijenjen u materijalima na bazi ugljika-, on razbija ovu cjenovnu barijeru iz sljedeće tri dimenzije:
Proboj u tehnologiji protiv sinterovanja katalizatora-:Tanfeng New Material koristi poseban podržani katalizator koji efikasno inhibira visoko-sinterovanje na visokoj temperaturi tokom rasta ugljičnih nanocijevi sa jednom stijenkom-, produžavajući vijek trajanja katalizatora za više od 3 puta i povećavajući prinos makroskopskog rasta SWCNT-a na preko 20%, smanjujući troškove materijala na izvoru.
Kontinuirani proces pročišćavanja i uklanjanja nečistoća:Ciljajući velike količine amorfnog ugljika i ostataka metala u sirovim SWCNT proizvodima, Shandong Tanfeng je napustio neefikasno serijsko kiselo pranje i razvio opremu za kontinuirano protustrujno pročišćavanje. Bez oštećivanja SWCNT-a, kontroliše sadržaj pepela od 2%, postižući-vodeću čistoću u industriji i značajno smanjujući naknadne troškove obrade daljnjih kupaca.
Promoviranje velikog-odvajanja poluvodičkih SWCNT-ova: 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%) po cijenama samo 50% uvoznih proizvoda, nudeći visoko{2}}efikasnu domaću alternativu za komercijalnu primjenu fleksibilnih senzora i vrhunski-antistatičkih premaza.
"Nebesko{0}}visoka cijena" visoko-kvalitetne jednoslojne-ugljične nanocijevi sa jednim zidom rezultat je kombinovanih četiri faktora: procesa pripreme na atomskom-nivou, izazova odvajanja na svjetskoj-klasi, oligopolističke strukture tržišta i vrhunskih performansi. Kako domaća preduzeća - uključujući kineske snage kao što je Shandong Tanfeng New Material - nastavljaju napredovati u lokalizaciji jednoslojnih ugljičnih nanocijevi-, očekuje se da će cijena visokokvalitetnih-ugljičnih nanocijevi postepeno opadati u budućnosti. Za preduzeća sa-vrhunskim potrebama aplikacija, sada je najbolje vrijeme da se uvedu domaće proizvedene visoko-kvalitetne ugljične nanocijevi za nadogradnju formulacije i smanjenje troškova uz poboljšanje efikasnosti.