Mae llawer o bersonél ymchwil a datblygu deunyddiau yn cael eu syfrdanu pan welant y dyfynbris ar gyfer nanotiwbiau carbon sengl â waliau neu led-ddargludyddion wrth ofyn am samplau o'r gadwyn gyflenwi. Mae'r ddau yn bowdrau du, felly pam fod nanotiwbiau carbon aml-wal yn costio dim ond ychydig ddwsinau o RMB y cilogram, tra gall nanotiwbiau carbon wal sengl neu led-ddargludol uchel gostio miloedd neu hyd yn oed ddegau o filoedd o RMB y gram? Pam mae nanotiwbiau carbon o ansawdd uchel (sengl-waliog / lled-ddargludol) mor ddrud?
1. Sengl-Walch vs. Aml-Waliog: Yr un Nanotiwbiau Carbon, Cannoedd-Gwahaniaeth Pris
Mae pris nanotiwbiau carbon wal sengl (SWCNTs) yn nodweddiadol fwy na 100 gwaith yn fwy na nanotiwbiau carbon aml-wal (MWCNTs). Mae tiwbiau aml-wal cyffredin yn costio 60,000-500,000 RMB/tunnell, tra gall tiwbiau un wal gyrraedd 6 i 20 miliwn RMB/tunnell.
Beth mae hyn yn ei olygu? Mae un cilogram o bowdr nanotiwb carbon wal sengl o ansawdd uchel yn gwerthu am 6,000-20,000 RMB - sy'n cyfateb yn fras i bris car teulu canol-ystod. Does ryfedd ei fod yn cael ei alw'n "aur du" yn y byd deunyddiau.
| Dimensiwn Cymhariaeth | Aml-Nanotiwbiau Carbon Waliog (MWCNT) | -Nanotiwbiau Carbon Waliog Sengl (SWCNT) |
|---|---|---|
| Diamedr Tiwb | 7-100 nm | 1-2 nm |
| Pris Gwerthu | 100,000-200,000 RMB/tunnell | 6,000,000-20,000,000 RMB/tunnell |
| Effeithlonrwydd Dargludol | Angen 0.5%+ ychwanegiad | Gall cyn lleied â 0.03% gyflawni canlyniadau arwyddocaol |
| Lleoliad Cais | Ceffyl gwaith diwydiannol, blaenoriaeth cost-effeithiolrwydd | Brenin nanomaterials, perfformiad yn y pen draw |
2. O Ble Mae'r Gost yn Dod? Tri Dolen "Llosgi Arian-Llosgi".
Daw'r awyr{0}}pris uchel nanotiwbiau carbon â waliau sengl o'r troshaen driphlyg o "baratoi anodd, gwahanu anodd, a chynhwysedd cynhyrchu isel." Mae angen buddsoddiad technegol ac offer hynod o uchel ar gyfer pob cyswllt.
2.1 Paratoi: Atomig-Lefel "Rheolaeth Fanwl"
Mae perfformiad nanotiwbiau carbon yn dibynnu ar eu cirality (ongl dreigl) a diamedr. Dim ond 1-2 nanometr yw diamedr nanotiwbiau carbon sengl-. Mae tyfu tiwbiau tenau o'r fath ar gatalyddion yn gofyn am reolaeth uchel iawn dros dymheredd, cyfradd llif ffynhonnell carbon, a chymhareb catalydd.
Er y gellir defnyddio'r dull CVD presennol (dyddodiad anwedd cemegol) ar gyfer cynhyrchu diwydiannol, mae'r cynnyrch wedi'i syntheseiddio yn anochel yn cynnwys cymysgedd o nanotiwbiau carbon metelaidd a lled-ddargludol. Mewn geiriau eraill, nid yw'r broses twf yn gwahaniaethu - mae'r ddau fath yn tyfu gyda'i gilydd, ac mae'n amhosibl "cynhyrchu'r math rydych chi ei eisiau yn unig."
O safbwynt strwythur cost, mae costau deunydd crai yn cyfrif am 40-60% o gyfanswm costau cynhyrchu nanotiwb carbon. Mae gan diwbiau wal sengl ofynion llymach ar gyfer purdeb ffynhonnell carbon a catalyddion, ac mae costau deunydd crai yn llawer uwch na rhai tiwbiau â waliau aml-wal.
2.2 Gwahanu a Phuro: Dewis "Ffa Aur" o "Bot Cymysg"
Dyma'r cyswllt sy'n cyfrannu fwyaf at y "premiwm" o nanotiwbiau carbon wal sengl. Ar gyfer ffugio dyfeisiau electronig megis transistorau, rhaid defnyddio nanotiwbiau carbon lled-ddargludol sengl â waliau - byddai tiwbiau metelaidd yn dinistrio nodweddion switsio'r transistorau.
Ond y broblem yw bod gwahanu nanotiwbiau lled-ddargludol a charbon metelaidd yn effeithlon oddi wrth gymysgeddau yn parhau i fod yn her o safon fyd-eang. Mae dulliau cyffredin yn cynnwys centrifugation graddiant dwysedd, gwahanu electrofforetig, a swyddogaetholi detholus. Mae'r dulliau hyn naill ai'n feichus gyda chynnyrch isel, neu'n hynod gostus ac anodd eu graddio.
Mae prosiect TFT carbon nanotiwb wedi'i argraffu ar lefel genedlaethol yn dangos, ar ôl prosesau puro cymhleth, y gellir paratoi nanotiwbiau carbon lled-ddargludol â phurdeb mwy na 99.997% - ond mae cyflawni'r lefel hon o burdeb yn golygu cost uchel iawn o ran cymhlethdod prosesau a buddsoddiad amser.
2.3 Tirwedd y Farchnad: Ychydig o Chwaraewyr sy'n Monopoleiddio'r Cyflenwad
Mae prinder yn cynyddu'r pris. Ar hyn o bryd, mae OCSiAl yn unig yn dal tua 90% o gyfran y farchnad nanotiwb carbon wal sengl byd-eang, gyda chynhwysedd cynhyrchu presennol o tua 100 tunnell. Yn ddomestig, mae Tianneng Technology yn hyrwyddo adeiladu 150 tunnell o gapasiti cynhyrchu.
Ar ochr y galw, mae'r farchnad nanotiwb carbon wal sengl byd-eang yn ehangu'n gyflym ar gyfradd twf blynyddol cyfansawdd o 49.5%. Mae'r anghydbwysedd cyflenwad-galw yn cefnogi'r pris uchel ymhellach.
3. Pam Mae'n "Drud" Eto Yn Werthfawr? Perfformiad Yw'r Llinell Waelod
Mae pris uchel iawn nanotiwbiau carbon wal sengl yn cael ei gefnogi gan eu heffeithlonrwydd dargludol llawer uwch, eu priodweddau mecanyddol, a'u dargludedd thermol o'u cymharu â thiwbiau â waliau lluosog.
Mae p'un a yw'r pris yn uchel ai peidio yn dibynnu ar "cost{0}}effeithiolrwydd." Pa mor alluog yw nanotiwbiau carbon sengl-â waliau?
| Dangosydd Perfformiad | -Nanotiwbiau Carbon Waliog Sengl (SWCNT) | Aml-Nanotiwbiau Carbon Waliog (MWCNT) |
|---|---|---|
| Modwlws Elastig | 1000-3000 GPa | 300-1000 GPa |
| Cryfder Tynnol | 50-100 GPa | 10-50 GPa |
| Dargludedd Thermol | 3000-6000 W/(m·K) | 2000-3000 W/(m·K) |
| Isafswm Ychwanegiad Dargludol | 0.01% | 0.5% |
Gan gymryd cymwysiadau batri lithiwm fel enghraifft: Mewn catodau LFP, mae angen ychwanegiad o 0.9% ar nanotiwbiau carbon aml-wal i gyflawni gwrthedd cyfaint o 13.80 Ω·cm. Dim ond 0.03% (1/30 o MWCNT) sydd ei angen ar nanotiwbiau carbon wal sengl i gyflawni gwrthedd is o 4.77 Ω·cm.
Mae'r bwlch hyd yn oed yn fwy amlwg mewn systemau anod silicon: mae angen adio 3% ar MWCNTs ar gyfer gwrthedd o 0.78 Ω·cm; Dim ond 0.3% (1/10) sydd ei angen ar SWCNTs, gan leihau gwrthedd i 0.75 Ω·cm.
Mae hyn yn golygu: er bod pris uned SWCNTs yn uchel, mae'r swm defnydd yn hynod o isel. Mewn fformwleiddiadau batri pen uchel, efallai na fydd y gost gyffredinol o reidrwydd yn uwch na defnyddio MWCNTs.
4. Deunydd Newydd Shandong Tanfeng: Archwilio Lleoli SWCNTs o Ansawdd Uchel
Mae Shandong Tanfeng New Material Technology Co, Ltd yn hyrwyddo lleoleiddio nanotiwbiau carbon o ansawdd uchel. Mae ei gynhyrchion cyfres TF yn cwmpasu nanotiwbiau carbon wal sengl â phurdeb Mwy na neu'n hafal i 98%, sy'n cynrychioli grym sylweddol wrth dorri'r monopoli pris "uchel".
Y rheswm sylfaenol am y pris uchel yw'r rhwystr technegol. Mae torri'r monopoli yn gofyn am amnewid domestig - yn union yr hyn y mae Shandong Tanfeng New Material Technology Co, Ltd yn ei wneud.
Mae Shandong Tanfeng New Material, yn rhinwedd ei system gatalydd sintio gwrth-effeithlonrwydd uchel a phrosesau puro parhaus, wedi gwella'n sylweddol y cynnyrch o nanotiwbiau carbon wal sengl a llai o weddillion amhuredd. Mae'n wneuthurwr ffynhonnell bwerus sy'n gyrru gostyngiad mewn costau ar gyfer-diwbiau carbon pen uchel. Fel gwneuthurwr ffynhonnell ddomestig sydd â gwreiddiau dwfn mewn deunyddiau carbon, mae'n torri'r rhwystr pris hwn o'r tri dimensiwn canlynol:
Datblygiad arloesol yn Catalyst Anti-Technoleg Sintering:Mae Tanfeng New Material yn defnyddio catalydd â chymorth arbennig sy'n atal sintro tymheredd uchel i bob pwrpas yn ystod twf nanotiwb carbon â wal sengl, gan ymestyn bywyd catalydd fwy na 3 gwaith a chynyddu cynnyrch twf macrosgopig SWCNTs i dros 20%, gan leihau costau deunydd yn y ffynhonnell.
Proses Puro Barhaus a Dileu Amhuredd:Gan dargedu'r symiau mawr o garbon amorffaidd a gweddillion metel mewn cynhyrchion SWCNT crai, mae Shandong Tanfeng wedi rhoi'r gorau i olchi asid swp aneffeithlon a datblygu offer puro gwrthlif parhaus. Heb niweidio'r SWCNTs, mae'n rheoli cynnwys lludw o fewn 2%, gan gyflawni purdeb blaenllaw'r diwydiant a lleihau costau prosesu dilynol cwsmeriaid i lawr yr afon yn sylweddol.
Hyrwyddo -Gwahanu SWCNTs Lled-ddargludol ar Raddfa Fawr: 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%) am brisiau dim ond 50% o gynhyrchion a fewnforir, gan gynnig dewis domestig cost-effeithiol iawn ar gyfer cymhwyso synwyryddion hyblyg yn fasnachol a haenau gwrth-statig pen uchel.
Mae'r "awyr{0}}pris uchel" o nanotiwbiau carbon wal sengl o ansawdd uchel yn ganlyniad i bedwar ffactor wedi'u cyfuno: prosesau paratoi lefel atomig, heriau gwahanu dosbarth byd-eang, strwythur marchnad oligopolaidd, a phremiymau perfformiad terfynol. Wrth i fentrau domestig - gan gynnwys lluoedd Tsieineaidd fel Shandong Tanfeng New Material - barhau i hyrwyddo lleoleiddio nanotiwbiau carbon wal sengl, disgwylir i bris nanotiwbiau carbon o ansawdd uchel ostwng yn raddol yn y dyfodol. Ar gyfer mentrau sydd ag anghenion cymwysiadau terfynol uchel, nawr yw'r amser gorau i gyflwyno nanotiwbiau carbon o ansawdd uchel a gynhyrchir yn ddomestig ar gyfer uwchraddio fformiwleiddiadau a lleihau costau gyda gwelliant effeithlonrwydd.