Koʻpgina ilmiy-tadqiqot xodimlari taʼminot zanjiridan namunalar soʻrash vaqtida bitta devorli yoki yarim oʻtkazgichli uglerod nanotubalari uchun kotirovkani koʻrib, hayratda qoladilar. Ikkalasi ham qora kukun, shuning uchun nega ko‘p devorli uglerod nanotubalarining kilogrammi bir necha o‘nlab yuanga tushadi, yuqori sifatli bir devorli yoki yarim o‘tkazgichli uglerod nanotubalarining bir grammi-bir necha ming yoki hatto o‘n minglab RMBga tushishi mumkin? Nima uchun yuqori sifatli uglerod nanotubalari (bir devorli/yarim o'tkazuvchan)-bu qadar qimmat?
1. Yagona-devorli va ko‘p devorli-: bir xil uglerodli nanotubalar, yuzlab{4}}narx farqi
Yagona devorli uglerod nanotubalarining (SWCNTs)-narxi odatda ko'p devorli uglerod nanotubalaridan (MWCNTs)-100 baravar ko'proq. Oddiy ko'p devorli quvurlar narxi 60 000 -500 000 RMB/ton, bir devorli quvurlar esa 6 dan 20 million RMB/tonnaga yetishi mumkin.
Bu qanday ma'nono bildiradi? Bir kilogramm yuqori sifatli-devorli bitta devorli uglerod nanotube kukuni 6 000-20 000 RMB -ga sotiladi, bu taxminan oʻrta sinfdagi oilaviy avtomobil narxiga teng. Materiallar dunyosida uni "qora oltin" deb atashgani ajablanarli emas.
| Taqqoslash o'lchami | Koʻp-devorli uglerod nanotubalari (MWCNT) | Yagona{0}devorli uglerod nanotubalari (SWCNT) |
|---|---|---|
| Quvur diametri | 7-100 nm | 1-2 nm |
| Sotish narxi | 100 000-200 000 RMB / tonna | 6 000 000-20 000 000 RMB / tonna |
| Supero'tkazuvchilar samaradorligi | 0,5%+ qoʻshishni talab qiladi | Kamida 0,03% sezilarli natijalarga erishishi mumkin |
| Ilovani joylashtirish | Sanoat ishchi kuchi, iqtisodiy{0}}samaradorlik ustuvorligi | Nanomateryallar qiroli, yakuniy ishlash |
2. Xarajat qayerdan keladi? Uchta "Pul{1}}Yoqish" havolasi
Yagona devorli uglerod nanotubalarining-yuqori-bahosi “qiyin tayyorlash, qiyin ajratish va past ishlab chiqarish quvvati”ning uch qavatli qatlamidan kelib chiqadi. Har bir havola juda yuqori texnik va asbob-uskunalar sarmoyasini talab qiladi.
2.1 Tayyorlash: Atom-darajasi “Aniqlik nazorati”
Uglerod nanotubalarining ishlashi ularning chiralligi (aylanma burchagi) va diametriga bog'liq. Yagona devorli uglerod nanotubalarining-diametri atigi 1-2 nanometr. Katalizatorlarda bunday yupqa naychalarni etishtirish harorat, uglerod manbalarining oqim tezligi va katalizator nisbati ustidan juda yuqori nazoratni talab qiladi.
Amaldagi CVD usuli (kimyoviy bug 'cho'kmasi) sanoat ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin bo'lsa-da, sintez qilingan mahsulot muqarrar ravishda metall va yarim o'tkazgichli uglerod nanotubalari aralashmasini o'z ichiga oladi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, o'sish jarayoni - ikkala turning birga o'sishini ajratmaydi va "faqat siz xohlagan turni ishlab chiqarish" mumkin emas.
Xarajatlar tuzilishi nuqtai nazaridan xomashyo xarajatlari umumiy uglerod nanotubalarini ishlab chiqarish xarajatlarining 40-60% ni tashkil qiladi. Yagona devorli quvurlar uglerod manbalarining tozaligi va katalizatorlari uchun-qattiqroq talablarga ega, xomashyo narxi ko'p devorli quvurlarnikidan ancha yuqori.
2.2 Ajratish va tozalash: "Aralash qozon" dan "Oltin loviya" ni tanlash
Bu bitta devorli uglerod nanotubalarining -premiumiga eng ko'p hissa qo'shadigan havoladir. Transistorlar kabi elektron qurilmalarni ishlab chiqarish uchun yarimo'tkazgichli bitta devorli uglerod nanotubalaridan foydalanish kerak - metall quvurlar tranzistorlarning kommutatsiya xususiyatlarini buzadi.
Ammo muammo shundaki, yarimo‘tkazgich va metall uglerod nanotubalarini aralashmalardan samarali ajratish jahon-sinfidagi muammo bo‘lib qolmoqda. Keng tarqalgan usullar orasida zichlik gradienti santrifüjlash, elektroforetik ajratish va selektiv funksionalizatsiya mavjud. Bu usullar past rentabellik bilan og'ir yoki juda qimmat va masshtablash qiyin.
Milliy darajadagi uglerod nanotubkasi bosilgan TFT loyihasi shuni ko'rsatadiki, murakkab tozalash jarayonlaridan so'ng tozaligi 99,997% dan yuqori bo'lgan yarimo'tkazgichli uglerod nanotubalarini - tayyorlash mumkin, ammo bu tozalik darajasiga erishish jarayonning murakkabligi va vaqtni sarflash nuqtai nazaridan juda katta xarajat talab qiladi.
2.3 Bozor manzarasi: bir nechta o'yinchilar ta'minotni monopoliya qiladi
Tanqislik narxni oshiradi. Ayni paytda OCSiAlning o'zi 100 tonnaga yaqin ishlab chiqarish quvvatiga ega bo'lgan global yagona devorli uglerod nanotubalari bozorining taxminan 90%{2}}ga ega. Mahalliy, Tianneng Technology 150 tonna ishlab chiqarish quvvati qurilishini ilgari surmoqda.
Talab tomonida, global yagona devorli uglerod nanotube{0}}bozori yillik 49,5% lik murakkab o'sish sur'ati bilan jadal rivojlanmoqda. Talabning-nomutanosibligi yuqori narxni qo'llab-quvvatlaydi.
3. Nima uchun u "qimmat" bo'lsa ham qimmatli? Ishlash - bu eng pastki chiziq
Yagona devorli uglerod nanotubalarining-oʻta yuqori narxini ularning koʻp devorli quvurlarga nisbatan ancha yuqori oʻtkazuvchanlik samaradorligi, mexanik xususiyatlari va issiqlik oʻtkazuvchanligi-qoʻllab-quvvatlaydi.
Narxning yuqori yoki yuqori bo'lmasligi "xarajat-samaradorligiga" bog'liq. Yagona devorli uglerod nanotubalari-qanchalik qobiliyatga ega?
| Ishlash ko'rsatkichi | Yagona{0}devorli uglerod nanotubalari (SWCNT) | Koʻp-devorli uglerod nanotubalari (MWCNT) |
|---|---|---|
| Elastik modul | 1000-3000 GPa | 300-1000 GPa |
| Mustahkamlik chegarasi | 50-100 GPa | 10-50 GPa |
| Issiqlik o'tkazuvchanligi | 3000-6000 W/(m·K) | 2000-3000 W/(m·K) |
| Minimal Supero'tkazuvchilar qo'shimchalar miqdori | 0.01% | 0.5% |
Misol tariqasida lityum batareya ilovalarini oladigan bo'lsak: LFP katodlarida ko'p devorli uglerod nanotubalari 13,80 Ō·sm hajm qarshiligiga erishish uchun -0,9% qo'shishni talab qiladi. Yagona devorli uglerod nanotubalari 4,77 Ō·sm pastroq qarshilikka erishish uchun atigi 0,03% (1/30 MWCNT) talab qiladi.
Silikon anodli tizimlarda bo'shliq yanada aniqroq: MWCNTlar 0,78 Ō·sm qarshilik uchun 3% qo'shishni talab qiladi; SWCNTlar faqat 0,3% (1/10) talab qiladi, qarshilikni 0,75 Ō·sm gacha kamaytiradi.
Buning ma'nosi: SWCNTlarning birlik narxi yuqori bo'lsa-da, foydalanish miqdori juda past. Yuqori darajadagi batareya formulalarida umumiy xarajat MWCNTlardan yuqori bo'lishi shart emas.
4. Shandong Tanfeng yangi material: Yuqori{1}}Sifatli SWCNTlarning lokalizatsiyasini o‘rganish
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd yuqori sifatli uglerod nanotubalarini mahalliylashtirishni faol ravishda targ'ib qilmoqda. Uning TF seriyali mahsulotlari tozaligi 98% dan ortiq yoki unga teng boʻlgan bir{4}}devorli/koʻp-devorli uglerod nanotubalarini qamrab oladi, bu “yuqori{7}}narx monopoliyasini” buzishda muhim kuchdir.
Yuqori narxning asosiy sababi texnik to'siqdir. Monopoliyani buzish uchun aynan Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd kompaniyasi nima qilayotganini - ichki almashtirishni talab qiladi.
Shandong Tanfeng Yangi Materiali oʻzining yuqori{0}}samaradorligi{1}}singdirishga qarshi{2}}katalizator tizimi va uzluksiz tozalash jarayonlari tufayli, bir devorli uglerod nanotubalari hosildorligini sezilarli darajada oshirdi va ifloslik qoldiqlarini kamaytirdi. Bu yuqori sifatli uglerod quvurlari-xarajatlarini kamaytiradigan kuchli manba ishlab chiqaruvchisi. Uglerod asosidagi materiallarga chuqur ildiz otgan mahalliy manba ishlab chiqaruvchisi sifatida u quyidagi uch o'lchovdagi narx to'siqlarini yo'q qilmoqda:
Katalizatorga qarshi{0}}Sinterlash texnologiyasidagi yutuq:Tanfeng New Material maxsus qo‘llab-quvvatlanadigan katalizatordan foydalanadi, u bir devorli uglerod nanotuba o‘sishi vaqtida yuqori{0}}haroratli sinterlanishni samarali tarzda inhibe qiladi, katalizatorning ishlash muddatini 3 baravarga uzaytiradi va SWCNTlarning makroskopik o‘sish rentabelligini 20% dan ko‘proqqa oshiradi va manbadagi moddiy xarajatlarni kamaytiradi.
Doimiy tozalash va nopoklikni olib tashlash jarayoni:Xom SWCNT mahsulotlarida ko'p miqdorda amorf uglerod va metall qoldiqlarini maqsad qilib olgan Shandong Tanfeng samarasiz partiyali kislota yuvishdan voz kechdi va doimiy qarshi oqimlarni tozalash uskunasini ishlab chiqdi. SWCNTlarga zarar bermasdan, u kul tarkibini 2% ichida nazorat qiladi,-sanoatning yetakchi tozaligiga erishadi va quyi oqimdagi mijozlarning keyingi qayta ishlash xarajatlarini sezilarli darajada kamaytiradi.
Yarim o'tkazgichli SWCNTlarni{0}}keng miqyosda ajratishni targ'ib qilish: 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%, import qilinadigan mahsulotlarning atigi 50% narxlarida, moslashuvchan sensorlar va yuqori--antistatik qoplamalarni tijorat maqsadlarida qoʻllash uchun yuqori xarajatli samarali mahalliy alternativani taklif etadi.
Yuqori-sifatli bir{2}}devorli uglerod nanotubalarining “osmon-yuqori narxi” to‘rt omilning birlashuvi natijasidir: atom-darajadagi tayyorgarlik jarayonlari, jahon{4}}sinflarini ajratish muammolari, oligopolistik bozor tuzilishi va yakuniy samaradorlik mukofotlari. Mahalliy korxonalar -, shu jumladan Shandong Tanfeng New Material - kabi Xitoy kuchlari bir devorli uglerod nanotubalarini mahalliylashtirishni davom ettirar ekan, kelajakda yuqori sifatli uglerod nanotubalarining narxi asta-sekin pasayishi kutilmoqda. Yuqori darajadagi ilovalarga-ehtiyojga ega boʻlgan korxonalar uchun formulani yangilash va samaradorlikni oshirish orqali xarajatlarni kamaytirish uchun mahalliy ishlab chiqarilgan yuqori sifatli uglerod nanotubalarini joriy etishning eng yaxshi vaqti.