Daugelis medžiagų tyrimų ir plėtros personalo nustemba pamatę vienos sienelės ar puslaidininkių anglies nanovamzdelių pasiūlymą ir prašydami pavyzdžių iš tiekimo grandinės. Abu yra juodi milteliai, tai kodėl kelių sienelių anglies nanovamzdeliai kainuoja vos keliasdešimt RMB už kilogramą, o aukštos kokybės vienos sienelės ar puslaidininkių anglies nanovamzdelių gramas gali kainuoti kelis tūkstančius ar net keliasdešimt tūkstančių RMB? Kodėl aukštos-kokybės anglies nanovamzdeliai (viensienės-sienos / puslaidininkiai) tokie brangūs?
1. Vienos-sienos ir kelių sienų
Vienasienių anglies nanovamzdelių (SWCNT) kaina paprastai yra daugiau nei 100 kartų didesnė už daugiasienių anglies nanovamzdelių (MWCNT) kaina. Įprasti daugiasieniai vamzdžiai kainuoja 60 000-500 000 RMB/t, o viensieniai vamzdžiai gali siekti 6–20 mln. RMB/t.
Ką tai reiškia? Vienas kilogramas aukštos kokybės-kokybiškų vieno-sienos anglies nanovamzdelio miltelių parduodamas už 6 000-20 000 RMB -, maždaug tiek, kiek kainuoja vidutinės klasės šeimos automobilis. Nenuostabu, kad medžiagų pasaulyje jis vadinamas „juoduoju auksu“.
| Palyginimo matmenys | Daugiasieniai anglies nanovamzdeliai (MWCNT) | Vienos{0}}sienos anglies nanovamzdeliai (SWCNT) |
|---|---|---|
| Vamzdžio skersmuo | 7-100 nm | 1-2 nm |
| Pardavimo Kaina | 100 000–200 000 RMB / tona | 6 000 000–20 000 000 RMB už toną |
| Laidumo efektyvumas | Reikia 0,5%+ priedo | Jau 0,03 % galima pasiekti reikšmingų rezultatų |
| Programos padėties nustatymas | Pramoninis darbinis arkliukas, ekonomiškumo{0}}prioritetas | Nanomedžiagų karalius, puikus našumas |
2. Iš kur atsiranda išlaidų? Trys „Pinigų{1}}deginimo“ nuorodos
Aukštą vienos sienelės-anglies nanovamzdelių-kainą lemia trigubas „sunkus paruošimas, sunkus atskyrimas ir mažas gamybos pajėgumas“. Kiekviena grandis reikalauja itin didelių techninių ir įrangos investicijų.
2.1 Pasiruošimas: atominis-lygis „Tikslumo valdymas“
Anglies nanovamzdelių veikimas priklauso nuo jų chiralumo (riedėjimo kampo) ir skersmens. Vienos sienelės anglies nanovamzdelių skersmuo yra tik 1–2 nanometrai. Norint auginti tokius plonus vamzdžius ant katalizatorių, reikia labai gerai kontroliuoti temperatūrą, anglies šaltinio srautą ir katalizatoriaus santykį.
Nors dabartinis CVD metodas (cheminis nusodinimas iš garų) gali būti naudojamas pramoninei gamybai, susintetintame produkte neišvengiamai yra metalinių ir puslaidininkių anglies nanovamzdelių mišinio. Kitaip tariant, augimo procesas nediskriminuoja - abu tipai auga kartu, ir neįmanoma „gaminti tik tokio tipo, kokio norite“.
Žvelgiant iš sąnaudų struktūros perspektyvos, žaliavų sąnaudos sudaro 40-60 % visų anglies nanovamzdelių gamybos sąnaudų. Viensienių
2.2 Atskyrimas ir valymas: „Auksinių pupelių“ skynimas iš „mišraus puodo“
Tai yra nuoroda, kuri labiausiai prisideda prie vienos sienelės anglies nanovamzdelių -premijos. Gaminant elektroninius prietaisus, pvz., tranzistorius, puslaidininkiai vienasieniai anglies nanovamzdeliai turi būti naudojami - metaliniai vamzdeliai sunaikintų tranzistorių perjungimo charakteristikas.
Tačiau problema ta, kad efektyvus puslaidininkių ir metalinių anglies nanovamzdelių atskyrimas nuo mišinių tebėra pasaulinio lygio iššūkis{0}}. Įprasti metodai apima centrifugavimą pagal tankio gradientą, elektroforetinį atskyrimą ir selektyvų funkcionalizavimą. Šie metodai yra sudėtingi ir duoda mažą derlių, arba labai brangūs ir sunkiai pritaikomi.
Nacionalinio-lygio anglies nanovamzdelių atspausdintas TFT projektas rodo, kad po sudėtingų gryninimo procesų galima paruošti puslaidininkius anglies nanovamzdelius, kurių grynumas didesnis nei 99,997 %, -, tačiau norint pasiekti tokį grynumo lygį, procesas yra sudėtingas ir laiko investicijos kainuoja itin brangiai.
2.3 Rinkos kraštovaizdis: keli žaidėjai monopolizuoja pasiūlą
Trūkumas didina kainą. Šiuo metu vien OCSiAl užima maždaug 90 % pasaulinės vienasienių anglies nanovamzdelių rinkos dalies, o esami gamybos pajėgumai yra apie 100 tonų. Viduje „Tianneng Technology“ stato 150 tonų gamybos pajėgumų.
Kalbant apie paklausą, pasaulinė viena{0}sienių anglies nanovamzdelių rinka sparčiai plečiasi ir kasmetinis augimas siekia 49,5 %. Pasiūlos-paklausos disbalansas dar labiau palaiko didelę kainą.
3. Kodėl jis „brangus“, tačiau vertingas? Našumas yra esmė
Itin aukštą vienos-sienių anglies nanovamzdelių kainą lemia daug geresnis laidumo efektyvumas, mechaninės savybės ir šilumos laidumas, palyginti su daugiasieniais -vamzdeliais.
Ar kaina didelė, ar ne, priklauso nuo „kaštų{0}}efektyvumo“. Kiek pajėgūs yra vienasieniai{2}}anglies nanovamzdeliai?
| Veiklos rodiklis | Vienos{0}}sienos anglies nanovamzdeliai (SWCNT) | Daugiasieniai anglies nanovamzdeliai (MWCNT) |
|---|---|---|
| Elastinis modulis | 1000-3000 GPa | 300-1000 GPa |
| Tempimo stiprumas | 50-100 GPa | 10-50 GPa |
| Šilumos laidumas | 3000-6000 W/(m·K) | 2000-3000 W/(m·K) |
| Minimalus laidaus priedo kiekis | 0.01% | 0.5% |
Pavyzdžiui, ličio baterijų taikymas: naudojant LFP katodus, daugiasieniuose anglies nanovamzdelius reikia pridėti 0,9 %, kad būtų pasiekta 13,80 Ω·cm tūrinė varža. Vienasieniams anglies nanovamzdiams reikia tik 0,03 % (1/30 MWCNT), kad būtų pasiekta mažesnė 4,77 Ω·cm varža.
Skirtumas dar ryškesnis silicio anodo sistemose: MWCNT reikia 3 %, kad varža būtų 0,78 Ω·cm; SWCNT reikia tik 0,3% (1/10), todėl varža sumažinama iki 0,75 Ω·cm.
Tai reiškia: nors SWCNT vieneto kaina yra didelė, naudojimo kiekis yra itin mažas. Naudojant aukščiausios klasės{1}}baterijų sudėtį, bendra kaina nebūtinai gali būti didesnė nei naudojant MWCNT.
4. Shandong Tanfeng nauja medžiaga: aukštos kokybės SWCNT lokalizacijos tyrinėjimas
„Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd.“ aktyviai skatina aukštos-kokybės anglies nanovamzdelių lokalizavimą. Jos TF serijos gaminiai apima anglies nanovamzdelius su viena-/daugia{5}}siena sienele, kurių grynumas didesnis nei 98 % arba jam lygus, o tai reiškia didelę jėgą palaužiant „aukštos-kainos monopoliją“.
Pagrindinė didelės kainos priežastis – techninis barjeras. Norint sulaužyti monopoliją, reikia pakeisti vietinį - būtent tai, ką daro Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd.
„Shandongo Tanfeng New Material“ dėl savaime{0}}sukurtos didelio-efektyvumo anti-sukepinimo katalizatoriaus sistemos ir nuolatinio valymo procesų žymiai pagerino vienasienių anglies nanovamzdelių išeigą- ir sumažino priemaišų likučius. Tai galingas šaltinių gamintojas, mažinantis aukštos klasės anglies vamzdžių{5}kaštus. Būdamas vietinių šaltinių gamintojas, kurio šaknys yra anglies -pagrindų medžiagos, jis laužo šį kainų barjerą iš šių trijų aspektų:
Katalizatoriaus apsaugos nuo sukepinimo{0}technologijos proveržis:Tanfeng New Material naudojamas specialus palaikomas katalizatorius, kuris efektyviai slopina aukštos{0}}temperatūrinį sukepinimą vienos-sienės anglies nanovamzdelio augimo metu, pailgina katalizatoriaus tarnavimo laiką daugiau nei 3 kartus ir padidina makroskopinį SWCNT augimo derlių iki daugiau nei 20 %, taip sumažindamas medžiagų sąnaudas šaltinyje.
Nuolatinis valymo ir nešvarumų pašalinimo procesas:Nukreipdamas dėmesį į didelius amorfinės anglies ir metalo likučių kiekius neapdorotuose SWCNT gaminiuose, „Shandong Tanfeng“ atsisakė neefektyvaus partijos plovimo rūgštimi ir sukūrė nuolatinę priešsrovės valymo įrangą. Nepažeisdamas SWCNT, pelenų kiekis kontroliuojamas ne daugiau kaip 2 %, todėl pasiekiamas pramonėje -pirmiausias grynumas ir žymiai sumažinamos tolesnių klientų apdorojimo išlaidos.
Didelio{0}}puslaidininkių SWCNT atskyrimo masto reklamavimas: 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 %) kaina tik 50 % importuotų produktų, tai yra ekonomiškai efektyvi vietinė alternatyva komerciniam lanksčių jutiklių ir aukštos kokybės antistatinių dangų pritaikymui.
Aukštos-kokybės vienasienių anglies nanovamzdelių „aukšta kaina“ yra keturių veiksnių derinys: atominio-lygio paruošimo procesai, pasaulinės-klasės atskyrimo iššūkiai, oligopolinė rinkos struktūra ir aukščiausios kokybės pranašumai. Kadangi vietinės įmonės -, įskaitant Kinijos pajėgas, tokias kaip Shandong Tanfeng New Material -, ir toliau tobulina vienos-sienos anglies nanovamzdelių lokalizaciją, tikimasi, kad aukštos{{9}kokybės anglies nanovamzdelių kaina ateityje palaipsniui mažės. Įmonėms, kurioms reikia aukščiausios klasės taikomųjų programų, dabar pats tinkamiausias metas pristatyti šalyje pagamintus aukštos kokybės anglies nanovamzdelius, skirtus jų sudėties atnaujinimui ir sąnaudų mažinimui kartu su efektyvumu.