Tại sao Ống nano cacbon chất lượng cao-(Vách đơn-/Chất bán dẫn) lại đắt đến vậy?

Nhiều nhân viên R&D vật liệu ngạc nhiên khi họ nhìn thấy báo giá cho ống nano carbon đơn vách hoặc bán dẫn trong khi yêu cầu mẫu từ chuỗi cung ứng. Cả hai đều là bột màu đen, vậy tại sao ống nano carbon nhiều vách có-giá chỉ vài chục RMB mỗi kg, trong khi các ống nano carbon bán dẫn-đơn vách hoặc bán dẫn chất lượng cao có thể có giá vài nghìn hoặc thậm chí hàng chục nghìn RMB mỗi gam? Tại sao ống nano carbon chất lượng cao (-vách đơn/bán dẫn) lại đắt đến vậy?

1. Một bức tường-so với Nhiều bức tường-Có tường: Các ống nano cacbon giống nhau, hàng trăm-chênh lệch giá lần

Giá của ống nano carbon đơn vách (SWCNT) thường cao hơn 100 lần so với ống nano carbon đa vách (MWCNT). Ống nhiều vách thông thường có giá 60.000-500.000 RMB/tấn, trong khi ống đơn vách có thể đạt 6 đến 20 triệu RMB/tấn.

Điều này có nghĩa là gì? Một kg bột ống nano cacbon thành đơn-chất lượng cao được bán với giá 6.000-20.000 RMB - gần tương đương với giá một chiếc ô tô gia đình tầm trung. Chẳng trách nó được gọi là “vàng đen” trong thế giới vật chất.

2. Chi phí đến từ đâu? Ba liên kết "Đốt tiền{1}}

Mức giá-cao ngất ngưởng của ống nano cacbon đơn{1}}thành xuất phát từ ba yếu tố "chuẩn bị khó khăn, phân tách khó khăn và năng lực sản xuất thấp". Mỗi mắt xích đều yêu cầu đầu tư về kỹ thuật và trang thiết bị cực kỳ cao.

2.1 Chuẩn bị: Cấp độ-nguyên tử "Điều khiển chính xác"

Hiệu suất của ống nano carbon phụ thuộc vào độ chụm (góc lăn) và đường kính của chúng. Đường kính của ống nano cacbon-thành đơn chỉ là 1-2 nanomet. Việc nuôi các ống mỏng như vậy trên chất xúc tác đòi hỏi phải kiểm soát cực kỳ cao về nhiệt độ, tốc độ dòng nguồn carbon và tỷ lệ chất xúc tác.

Mặc dù phương pháp CVD hiện nay (lắng đọng hơi hóa học) có thể được sử dụng cho sản xuất công nghiệp nhưng sản phẩm tổng hợp chắc chắn chứa hỗn hợp các ống nano cacbon kim loại và bán dẫn. Nói cách khác, quá trình tăng trưởng không phân biệt đối xử - cả hai loại cùng phát triển và không thể "chỉ sản xuất loại bạn muốn".

Từ góc độ cơ cấu chi phí, chi phí nguyên liệu thô chiếm 40-60% tổng chi phí sản xuất ống nano carbon. Các ống-thành đơn có yêu cầu nghiêm ngặt hơn về độ tinh khiết của nguồn carbon và chất xúc tác, đồng thời chi phí nguyên liệu thô vượt xa so với ống nhiều vách.

2.2 Tách và Tinh chế: Chọn “Đậu Vàng” từ “Nồi Hỗn Hợp”

Đây là liên kết đóng góp nhiều nhất vào tính năng "cao cấp" của ống nano carbon đơn vách. Để chế tạo các thiết bị điện tử như bóng bán dẫn, các ống nano carbon vách đơn{2}}bán dẫn phải sử dụng ống kim loại - sẽ phá hủy đặc tính chuyển mạch của bóng bán dẫn.

Nhưng vấn đề là việc tách hiệu quả các ống nano cacbon bán dẫn và kim loại khỏi hỗn hợp vẫn là một thách thức{0}}thế giới. Các phương pháp phổ biến bao gồm ly tâm gradient mật độ, tách điện di và chức năng hóa chọn lọc. Những phương pháp này hoặc cồng kềnh với năng suất thấp hoặc cực kỳ tốn kém và khó mở rộng quy mô.

Một-dự án TFT in ống nano carbon cấp quốc gia cho thấy rằng sau các quy trình tinh chế phức tạp, ống nano carbon bán dẫn có độ tinh khiết lớn hơn 99,997% có thể được điều chế - nhưng để đạt được mức độ tinh khiết này đòi hỏi chi phí cực kỳ cao xét về độ phức tạp của quy trình và đầu tư thời gian.

2.3 Bối cảnh thị trường: Một số ít người chơi độc quyền về nguồn cung

Sự khan hiếm đẩy giá lên cao. Hiện tại, chỉ riêng OCSiAl đã chiếm khoảng 90% thị phần-ống nano carbon vách đơn toàn cầu, với công suất sản xuất hiện tại là khoảng 100 tấn. Trong nước, Tianneng Technology đang thúc đẩy xây dựng công suất sản xuất 150 tấn.

Về phía cầu, thị trường ống nano cacbon-thành đơn toàn cầu đang nhanh chóng mở rộng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 49,5%. Sự mất cân bằng cung-cầu càng góp phần thúc đẩy mức giá cao.

3. Tại sao nó “đắt” mà lại có giá trị? Hiệu suất là điểm mấu chốt

Ống nano carbon đơn vách có mức giá cực cao- được hỗ trợ bởi hiệu suất dẫn điện, tính chất cơ học và độ dẫn nhiệt vượt trội hơn nhiều so với các ống nano nhiều vách.

Giá có cao hay không phụ thuộc vào "hiệu quả chi phí". Ống nano carbon đơn vách có khả năng như thế nào?

Lấy ứng dụng pin lithium làm ví dụ: Trong cực âm LFP, ống nano cacbon nhiều-thành cần thêm 0,9% để đạt được điện trở suất thể tích là 13,80 Ω·cm. Ống nano cacbon-thành đơn chỉ cần 0,03% (1/30 MWCNT) để đạt được điện trở suất thấp hơn là 4,77 Ω·cm.

Khoảng cách này thậm chí còn rõ ràng hơn trong các hệ thống cực dương silicon: MWCNT cần thêm 3% để có điện trở suất 0,78 Ω·cm; SWCNT chỉ cần 0,3% (1/10), giảm điện trở suất xuống 0,75 Ω·cm.

Điều này có nghĩa là: tuy đơn giá của SWCNT cao nhưng lượng sử dụng lại cực kỳ thấp. Trong công thức pin-cao cấp, tổng chi phí có thể không nhất thiết phải cao hơn so với việc sử dụng MWCNT.

4. Vật liệu mới của Shandong Tanfeng: Khám phá quá trình bản địa hóa SWCNT{1}}chất lượng cao

Công ty TNHH Công nghệ Vật liệu Mới Shandong Tanfeng đang tích cực thúc đẩy nội địa hóa các ống nano carbon chất lượng cao-. Các sản phẩm dòng TF của công ty bao gồm các ống nano cacbon đơn{4}}thành/đa{5}}có độ tinh khiết Lớn hơn hoặc bằng 98%, thể hiện sức mạnh đáng kể trong việc phá vỡ "sự độc quyền về giá-cao".

Nguyên nhân cơ bản khiến giá cao là do rào cản kỹ thuật. Phá vỡ thế độc quyền đòi hỏi phải có sự thay thế trong nước - chính xác là những gì Công ty TNHH Công nghệ Vật liệu Mới Shandong Tanfeng đang làm.

Vật liệu mới của Shandong Tanfeng, nhờ hệ thống xúc tác xúc tác thiêu kết-hiệu quả cao-tự phát triển và các quy trình tinh chế liên tục, đã cải thiện đáng kể hiệu suất của ống nano cacbon đơn-thành đơn và giảm cặn tạp chất. Đây là nhà sản xuất nguồn mạnh mẽ thúc đẩy việc giảm chi phí cho các ống carbon-cao cấp. Với tư cách là một nhà sản xuất nội địa có nguồn gốc sâu xa từ các vật liệu có nguồn gốc carbon-, họ đang phá bỏ rào cản về giá này theo ba khía cạnh sau:

Đột phá trong công nghệ thiêu kết-chất xúc tác:Vật liệu mới Tanfeng sử dụng chất xúc tác được hỗ trợ đặc biệt để ức chế hiệu quả quá trình thiêu kết ở nhiệt độ cao-trong quá trình phát triển ống nano cacbon-thành đơn, kéo dài tuổi thọ của chất xúc tác lên hơn 3 lần và tăng hiệu suất tăng trưởng vĩ mô của SWCNT lên hơn 20%, giảm chi phí vật liệu tại nguồn.

Quá trình thanh lọc và loại bỏ tạp chất liên tục:Nhắm mục tiêu vào lượng lớn cặn cacbon và kim loại vô định hình trong các sản phẩm SWCNT thô, Shandong Tanfeng đã từ bỏ việc rửa axit theo mẻ không hiệu quả và phát triển thiết bị lọc ngược dòng liên tục. Không làm hỏng SWCNT, nó kiểm soát hàm lượng tro trong khoảng 2%, đạt được-độ tinh khiết hàng đầu trong ngành và giảm đáng kể chi phí xử lý tiếp theo của khách hàng ở hạ nguồn.

Thúc đẩy sự phân tách-quy mô lớn của SWCNT bán dẫn: 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%) với giá chỉ bằng 50% sản phẩm nhập khẩu, cung cấp giải pháp thay thế nội địa-hiệu quả về chi phí cao cho ứng dụng thương mại của cảm biến linh hoạt và lớp phủ chống tĩnh điện-cao cấp.

"Giá-cao ngất trời" của ống nano carbon vách đơn-chất lượng cao là kết quả của bốn yếu tố kết hợp: quy trình chuẩn bị-ở cấp độ nguyên tử, thách thức-phân tách đẳng cấp thế giới, cấu trúc thị trường độc quyền nhóm và ưu đãi hiệu suất cao nhất. Khi các doanh nghiệp trong nước - bao gồm cả các lực lượng của Trung Quốc như Vật liệu mới Shandong Tanfeng - tiếp tục thúc đẩy nội địa hóa các ống nano carbon đơn-thành, giá của các ống nano carbon chất lượng-cao dự kiến ​​sẽ giảm dần trong tương lai. Đối với các doanh nghiệp có nhu cầu ứng dụng{11}cao cấp, bây giờ là thời điểm tốt nhất để giới thiệu ống nano carbon chất lượng cao{12}}được sản xuất trong nước để nâng cấp công thức và giảm chi phí đồng thời cải thiện hiệu quả.