Margir starfsmenn rannsókna og þróunar efnis verða undrandi þegar þeir sjá tilboðið í einveggja - eða hálfleiðandi kolefnis nanórör á meðan þeir biðja um sýni úr aðfangakeðjunni. Bæði eru svartduft, svo hvers vegna kosta fjöl-kolefnisnanorör aðeins nokkra tugi RMB á hvert kíló, á meðan hágæða einveggja- eða hálfleiðandi kolefnisnanorör geta kostað nokkur þúsund eða jafnvel tugþúsundir RMB á hvert gramm? Hvers vegna eru hágæða kolefnis nanórör (ein-vegg/hálfleiðandi) svona dýr?
Eitt
Verð á stakveggja kolefnis nanórör (SWCNT) er venjulega meira en 100 sinnum hærra en margveggjað kolefnis nanórör (MWCNT). Venjuleg fjöl-húðuð rör kosta 60.000-500.000 RMB/tonn, en einveggja rör geta náð 6 til 20 milljón RMB/tonn.
Hvað þýðir þetta? Eitt kíló af hágæða-gæða einveggja-kolefnis nanórördufti selst á 6.000-20.000 RMB - sem jafngildir nokkurn veginn verði á meðalfjölskyldubíl. Engin furða að það sé kallað "svart gull" í efnisheiminum.
| Samanburðarvídd | Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNT) | Single-Walled Carbon Nanotubes (SWCNT) |
|---|---|---|
| Þvermál rörs | 7-100 nm | 1-2 nm |
| Söluverð | 100.000-200.000 RMB/tonn | 6.000.000-20.000.000 RMB/tonn |
| Leiðandi skilvirkni | Krefst 0,5%+ viðbót | Allt að 0,03% geta náð umtalsverðum árangri |
| Staðsetning umsókna | Iðnaðarvinnuhestur,-kostnaðarhagkvæmni forgangur | Konungur nanóefna, fullkominn árangur |
2. Hvaðan kemur kostnaðurinn? Þrír „peninga-brennandi“ tenglar
Himinhátt-verð á stakum-vegguðum kolefnisnanorörum kemur frá þrefaldri yfirbyggingu „erfiður undirbúningur, erfiður aðskilnaður og lítil framleiðslugeta“. Hver hlekkur krefst mjög mikillar tækni- og tækjafjárfestingar.
2.1 Undirbúningur: Atomic-„Nákvæmnisstýring“
Frammistaða kolefnis nanóröra fer eftir breytileika þeirra (veltihorni) og þvermáli. Þvermál eins-veggaðra kolefnis nanóröra er aðeins 1-2 nanómetrar. Að rækta svona þunn rör á hvata krefst mjög mikillar stjórn á hitastigi, flæðihraða kolefnisgjafa og hlutfalli hvata.
Þrátt fyrir að núverandi CVD aðferð (efnafræðileg gufuútfelling) sé hægt að nota til iðnaðarframleiðslu, inniheldur tilbúna afurðin óhjákvæmilega blöndu af málmi og hálfleiðandi kolefnis nanórör. Með öðrum orðum, vaxtarferlið gerir ekki greinarmun á - báðar tegundir vaxa saman og það er ómögulegt að "framleiða aðeins þá tegund sem þú vilt."
Frá sjónarhóli kostnaðarskipulags er hráefniskostnaður 40-60% af heildarframleiðslukostnaði fyrir nanórör kolefnis. Einveggða rör gera strangari kröfur um hreinleika kolefnisgjafa og hvata, þar sem hráefniskostnaður er langt umfram margveggða rör.
2.2 Aðskilnaður og hreinsun: Að tína „gylltar baunir“ úr „blanduðum potti“
Þetta er hlekkurinn sem stuðlar mest að „álagi“ eins-veggaðra kolefnisnanoröra. Til að búa til rafeindatæki eins og smára, verður að nota hálfleiðandi staka-veggða kolefnis nanórör - málmrör myndi eyðileggja rofaeiginleika smára.
En vandamálið er að skilvirkur aðskilnaður hálfleiðandi og málmrænna kolefnisnanoröra frá blöndum er enn -áskorun á heimsmælikvarða. Algengar aðferðir fela í sér miðflótta þéttleikahalla, rafskautaðskilnað og sértæka virkni. Þessar aðferðir eru ýmist fyrirferðarmiklar með litla uppskeru eða afar kostnaðarsamar og erfiðar í mælikvarða.
TFT-verkefni á landsvísu á-stigi kolefnis nanóröra prentað sýnir að eftir flókið hreinsunarferli er hægt að búa til hálfleiðandi kolefnis nanórör með meiri hreinleika en 99,997% - en að ná þessu hreinleikastigi kostar mjög mikið hvað varðar flókið ferli og tímafjárfestingu.
2.3 Markaðslandslag: Nokkrir leikmenn einoka framboð
Skortur hækkar verð. Eins og er, er OCSiAl eitt og sér með um það bil 90% af alþjóðlegri markaðshlutdeild með einveggja-vegguðum kolefnisnanorörum, með núverandi framleiðslugetu um 100 tonn. Innanlands er Tianneng Technology að efla byggingu 150 tonna framleiðslugetu.
Hvað eftirspurnarhliðina varðar, er alþjóðlegur-veggaður kolefnisnanoröramarkaður ört að stækka með samsettum árlegum vexti upp á 49,5%. Ójafnvægi í framboði-eftirspurn styður enn frekar við hátt verð.
3. Hvers vegna er það „dýrt“ en samt dýrmætt? Árangur er botninn
Ofur-hátt verð einveggja-kolefnis nanóröra er stutt af miklu betri leiðnivirkni, vélrænni eiginleikum og hitaleiðni samanborið við fjöl-veggað rör.
Hvort verðið er hátt eða ekki fer eftir "kostnaðar-hagkvæmni." Hversu hæf eru einvegg-kolefnis nanórör?
| Frammistöðuvísir | Single-Walled Carbon Nanotubes (SWCNT) | Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNT) |
|---|---|---|
| Teygjustuðull | 1000-3000 GPa | 300-1000 GPa |
| Togstyrkur | 50-100 GPa | 10-50 GPa |
| Varmaleiðni | 3000-6000 W/(m·K) | 2000-3000 W/(m·K) |
| Lágmarks magn leiðandi aukefnis | 0.01% | 0.5% |
Tökum litíum rafhlöðuforrit sem dæmi: Í LFP bakskautum þurfa fjöl-veggja kolefnis nanórör 0,9% viðbót til að ná rúmmálsviðnáminu 13,80 Ω·cm. Einveggir -kolefnis nanórör þurfa aðeins 0,03% (1/30 af MWCNT) til að ná lægri viðnám upp á 4,77 Ω·cm.
Bilið er enn meira áberandi í kísilskautakerfum: MWCNTs þurfa 3% viðbót fyrir viðnám 0,78 Ω·cm; SWCNT þarf aðeins 0,3% (1/10), sem minnkar viðnám í 0,75 Ω·cm.
Þetta þýðir: þó að einingarverð SWCNTs sé hátt, þá er notkunarupphæðin mjög lág. Í hágæða rafhlöðusamsetningum þarf heildarkostnaðurinn ekki endilega að vera hærri en að nota MWCNT.
4. Shandong Tanfeng nýtt efni: kanna staðsetningu hágæða SWCNTs-
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. er virkur að stuðla að staðsetningu hágæða-kolefnis nanóröra. Vörurnar í TF röð þess ná yfir einveggja/margveggja{-veggja kolefnis nanórör með hreinleika sem er meira en eða jafnt og 98%, sem táknar verulegan kraft í að brjóta „hátt-verðseinokun.
Grundvallarástæðan fyrir háu verði er tæknileg hindrun. Til að rjúfa einokunina þarf innlenda staðgöngu - nákvæmlega það sem Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. er að gera.
Shandong Tanfeng New Material, í krafti sjálfs-þróaðs há-hagkvæms and-sintunarhvatakerfis og samfelldra hreinsunarferla, hefur verulega bætt afrakstur stakra-veggaðra kolefnis nanóröra og minnkað óhreinindaleifar. Það er öflugur framleiðandi sem knýr kostnaðarlækkun fyrir hágæða kolefnisrör. Sem innlendur upprunaframleiðandi með djúpar rætur í kolefnis-efnum er hann að rjúfa þessa verðmúr úr eftirfarandi þremur víddum:
Bylting í Catalyst Anti-Sintering tækni:Tanfeng New Material notar sérstakan studdan hvata sem hindrar á áhrifaríkan hátt há-hita sintrun meðan á vexti eins-kolefnis nanóröra stendur yfir, lengir endingu hvata um meira en 3 sinnum og eykur stórsæja vaxtarafrakstur SWCNTs í yfir 20%, sem dregur úr efniskostnaði við upprunann.
Stöðugt hreinsunar- og óhreinindisferlið:Með því að miða við mikið magn af myndlausu kolefnis- og málmleifum í hráum SWCNT vörum hefur Shandong Tanfeng hætt við óhagkvæman lotusýruþvott og þróað stöðugan mótstraumshreinsibúnað. Án þess að skemma SWCNT, stjórnar það öskuinnihaldi innan við 2%, nær því að -iðnaðurinn er leiðandi hreinleiki og dregur verulega úr síðari vinnslukostnaði viðskiptavina.
Stuðla að stórum-aðskilnaði hálfleiðandi SWCNT: 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%) á verði sem eru aðeins 50% af innfluttum vörum, sem býður upp á mjög hagkvæman-innlendan valkost fyrir viðskiptalega notkun sveigjanlegra skynjara og hágæða and-truflanir.
„Himinn-hátt verð“ á hágæða stakum-vegguðum kolefnisnanorörum er afleiðing af fjórum þáttum sameinuðum: frumeinda-undirbúningsferlum,-heimsklassa aðskilnaðaráskorunum, fákeppnismarkaðsskipulagi og endanleg frammistöðuálag. Þar sem innlend fyrirtæki - þar á meðal kínversk sveitir eins og Shandong Tanfeng New Material - halda áfram að staðsetja staka-veggða kolefnisnanorör, er búist við að verð á hágæða kolefnisnanorörum muni lækka smám saman í framtíðinni. Fyrir fyrirtæki með miklar-umsóknaþarfir er nú besti tíminn til að kynna hágæða-kolefnis nanórör til að uppfæra samsetningu og draga úr kostnaði með aukinni skilvirkni.