Многи људи који се баве истраживањем и развојем материјала су затечени када виде понуду за угљеничне наноцеви са једним-зидом или полупроводнике док траже узорке из ланца снабдевања. Обоје су црни прах, па зашто онда угљеничне наноцеви са-вишезидним зидовима коштају само неколико десетина РМБ по килограму, док високо{3}}квалитетне једнозидне-наноцеви или полупроводне угљеничне наноцеви могу коштати неколико хиљада или чак десетине хиљада РМБ по граму? Зашто су-квалитетне угљеничне наноцеви (једнослојне-/полупроводничке) тако скупе?
1. Једнозидни-насупрот више-зидним зидовима: исте угљеничне наноцеви, сто-пута разлика у цени
Цена угљеничних наноцеви са једним-зидом (СВЦНТ) је обично више од 100 пута већа од цене угљеничних наноцеви са више-зидова (МВЦНТ). Обичне цеви са више{4}}зидних зидова коштају 60.000-500.000 РМБ/тона, док цеви са једним зидом могу достићи 6 до 20 милиона РМБ/тони.
Шта ово значи? Један килограм -квалитетне праха од угљеничних наноцеви са једним зидом{1}} продаје се за 6.000-20.000 РМБ - што је отприлике еквивалентно цени породичног аутомобила средње класе. Није ни чудо што се у свету материјала назива "црно злато".
| Димензија поређења | Угљеничне наноцеви са-вишезидним зидовима (МВЦНТ) | Угљеничне наноцеви{0}}са једним зидом (СВЦНТ) |
|---|---|---|
| Пречник цеви | 7-100 нм | 1-2 нм |
| Продајна цена | 100.000-200.000 РМБ / тона | 6,000,000-20,000,000 РМБ/тон |
| Цондуцтиве Еффициенци | Захтева 0,5%+ додатак | Већ 0,03% може постићи значајне резултате |
| Позиционирање апликације | Индустријска радна коњица, приоритет исплативости{0} | Краљ наноматеријала, врхунске перформансе |
2. Одакле долази цена? Три везе „Новац-сагорева“.
Небо{0}}висока цена угљеничних наноцеви-са једним зидом потиче од троструког прекривања „тешке припреме, тешког одвајања и ниског производног капацитета“. Свака карика захтева изузетно велика улагања у технику и опрему.
2.1 Припрема: атомски-ниво „Прецизна контрола“
Перформансе угљеничних наноцеви зависе од њихове киралности (угла котрљања) и пречника. Пречник угљеничних наноцеви-са једним зидом је само 1-2 нанометра. Узгајање тако танких цеви на катализаторима захтева изузетно високу контролу над температуром, брзином протока извора угљеника и односом катализатора.
Иако се тренутна ЦВД метода (хемијско таложење паре) може користити за индустријску производњу, синтетисани производ неизбежно садржи мешавину металних и полупроводних угљеничних наноцеви. Другим речима, процес раста не дискриминише - оба типа расту заједно и немогуће је „произвести само тип који желите“.
Из перспективе структуре трошкова, трошкови сировина чине 40-60% укупних трошкова производње угљеничних наноцеви. Једнозидне цеви имају строже захтеве за чистоћу извора угљеника и катализаторе, при чему су трошкови сировина далеко већи од оних са цевима са више зидова.
2.2 Одвајање и пречишћавање: Брање "златног пасуља" из "мешаног лонца"
Ово је веза која највише доприноси „премијуму“ угљеничних наноцеви са једним-зидом. За производњу електронских уређаја као што су транзистори, морају се користити полупроводничке угљеничне наноцеви са једним -зидом - металне цеви би уништиле карактеристике пребацивања транзистора.
Али проблем је у томе што ефикасно одвајање полупроводних и металних угљеничних наноцеви из мешавина остаје изазов светске{0}} Уобичајене методе укључују центрифугирање у градијенту густине, електрофоретско одвајање и селективну функционализацију. Ове методе су или гломазне са малим приносом, или су изузетно скупе и тешко их је скалирати.
ТФТ пројекат штампаних угљеничних наноцеви на националном-нивоу показује да се после сложених процеса пречишћавања могу припремити полупроводничке угљеничне наноцеви са чистоћом већом од 99,997% -, али постизање овог нивоа чистоће долази по изузетно високој цени у смислу сложености процеса и улагања у време.
2.3 Тржишни пејзаж: Неколико играча монополизује снабдевање
Оскудица подиже цену. Тренутно, само ОЦСиАл држи приближно 90% глобалног тржишног удела угљеничних наноцеви-са једним зидом, са постојећим производним капацитетом од око 100 тона. На домаћем плану, Тианненг Тецхнологи унапређује изградњу 150 тона производног капацитета.
Што се тиче потражње, глобално тржиште угљеничних наноцеви са једним-зидом се брзо шири са комбинованом годишњом стопом раста од 49,5%. Неравнотежа понуде{3}}и потражње додатно подржава високу цену.
3. Зашто је „скупо“ а ипак вредно? Перформансе су најбитније
Изузетно{0}}висока цена угљеничних наноцеви са-иним зидовима је подржана њиховом далеко бољом проводљивошћу, механичким својствима и топлотном проводљивошћу у поређењу са цевима са више{2}}зида.
Да ли је цена висока или не зависи од „исплативости{0}}“. Колико су способне угљеничне наноцеви-са једним зидом?
| Индикатор учинка | Угљеничне наноцеви{0}}са једним зидом (СВЦНТ) | Угљеничне наноцеви са-вишезидним зидовима (МВЦНТ) |
|---|---|---|
| Еластиц Модулус | 1000-3000 ГПа | 300-1000 ГПа |
| Затезна чврстоћа | 50-100 ГПа | 10-50 ГПа |
| Тхермал Цондуцтивити | 3000-6000 W/(m·K) | 2000-3000 W/(m·K) |
| Минимална проводљива количина адитива | 0.01% | 0.5% |
Узимајући за пример апликације литијумских батерија: У ЛФП катодама, угљеничним наноцевима са више- зидова са више зидова је потребно 0,9% додатка да би се постигла запреминска отпорност од 13,80 Ω·цм. Угљеничним наноцевима са једним зидом- потребно је само 0,03% (1/30 МВЦНТ) да би се постигла нижа отпорност од 4,77 Ω·цм.
Размак је још израженији у силицијумским анодним системима: МВЦНТ захтевају додатак од 3% за отпорност од 0,78 Ω·цм; СВЦНТ захтева само 0,3% (1/10), смањујући отпорност на 0,75 Ω·цм.
То значи: иако је јединична цена СВЦНТ-а висока, количина употребе је изузетно ниска. У врхунски-формулацијама батерија, укупни трошак не мора нужно бити већи од коришћења МВЦНТ-а.
4. Нови материјал Схандонг Танфенг: истраживање локализације високо-квалитетних СВЦНТ-ова
Схандонг Танфенг Нев Материал Тецхнологи Цо., Лтд. активно промовише локализацију високо-квалитетних угљеничних наноцеви. Њени производи серије ТФ покривају угљеничне наноцеви са једним-/вишезидним-зидом са чистоћом већом од или једнаком 98%, што представља значајну силу у разбијању „монопола-високих цена“.
Основни разлог високе цене је техничка баријера. Разбијање монопола захтева домаћу замену - управо оно што Схандонг Танфенг Нев Материал Тецхнологи Цо., Лтд. ради.
Нови материјал Схандонг Танфенг, захваљујући сопственом-развијеном високоефикасном-систему против синтеровања-система катализатора и континуираним процесима пречишћавања, значајно је побољшао принос угљеничних наноцеви са једним-зидом и смањио остатке нечистоћа. То је моћан произвођач извора који покреће смањење трошкова за високо{5}}угљене цеви. Као домаћи произвођач извора дубоко укорењен у материјалима на бази угљеника{7}}, он разбија ову ценовну баријеру из следеће три димензије:
Пробој у технологији против{0}синтеровања катализатора:Танфенг Нев Материал користи посебан подржани катализатор који ефикасно инхибира високо{0}}синтеровање на високим температурама током раста угљеничних наноцеви са једним зидом-, продужавајући животни век катализатора за више од 3 пута и повећавајући принос макроскопског раста СВЦНТ-а на преко 20%, смањујући трошкове материјала на извору.
Континуирани процес пречишћавања и уклањања нечистоћа:Циљајући велике количине аморфног угљеника и остатака метала у сировим СВЦНТ производима, Схандонг Танфенг је напустио неефикасно серијско кисело прање и развио опрему за континуирано противструјно пречишћавање. Без оштећивања СВЦНТ-а, контролише садржај пепела у оквиру 2%, постижући-водећу чистоћу у индустрији и значајно смањујући накнадне трошкове прераде купаца даље у току.
Промовисање{0}}великог одвајања полупроводничких СВЦНТ-ова: 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%) по ценама само 50% увозних производа, нудећи високо{2}}ефикасну домаћу алтернативу за комерцијалну примену флексибилних сензора и врхунских-антистатичких премаза-.
„Небеско{0}}висока цена“ високо-квалитетне једнозидне-угљеничне наноцеви са једним зидом је резултат комбинованих четири фактора: процеса припреме на атомском-нивоу, изазова светске-раздвојености, олигополистичке структуре тржишта и врхунских перформанси. Како домаћа предузећа - укључујући кинеске снаге као што је Схандонг Танфенг Нев Материал - настављају да унапређују локализацију угљеничних наноцеви са једним-зидом, очекује се да ће цена угљеничних наноцеви високог квалитета- постепено опадати у будућности. За предузећа са врхунским-потребама за апликације, сада је најбоље време за увођење високо-карбонских наноцеви произведених у земљи за надоградњу формулација и смањење трошкова уз побољшање ефикасности.