高品質のカーボン ナノチューブ（単層 / 半導体）はなぜ非常に高価なのでしょうか?{0}

多くの材料研究開発担当者は、サプライ チェーンにサンプルを要求する際に単層カーボン ナノチューブまたは半導体カーボン ナノチューブの見積書を見て驚きます。{0}どちらも黒色の粉末ですが、なぜ多層カーボン ナノチューブの価格は 1 キログラムあたりわずか数十人民元であるのに、高品質の単層カーボン ナノチューブや半導体カーボン ナノチューブの価格はグラムあたり数千人民元、さらには数万人民元にも達するのはなぜでしょうか。-高品質のカーボン ナノチューブ (単層/半導体) はなぜ非常に高価なのでしょうか?{6}

1. 単層-対多層-: 同じカーボン ナノチューブでも 100- 倍の価格差

単層カーボン ナノチューブ (SWCNT) の価格は通常、多層カーボン ナノチューブ (MWCNT) の 100 倍以上です。-通常の多層管のコストは 60,000-500,000 RMB/トンですが、単層管の場合は 600～2,000 万 RMB/トンに達することがあります。

これはどういう意味ですか？高品質の単層カーボン ナノチューブ パウダー 1 キログラムは 6,000-20,000 人民元-で販売されており、これは中級クラスのファミリーカーの価格にほぼ相当します。物質界で「ブラックゴールド」と呼ばれるのも不思議ではありません。

2. コストはどこから発生するのですか? 3 つの「お金を燃やす」リンク-

単層カーボン ナノチューブの高騰は、「準備の難しさ、分離の難しさ、生産能力の低さ」という三重の重なりから来ています。{0}{1}{0}各リンクには非常に多額の技術的および設備投資が必要です。

2.1 準備: 原子レベルの「精度制御」-

カーボンナノチューブの性能は、そのカイラリティー（転がり角）と直径によって決まります。単層カーボンナノチューブの直径はわずか 1 ～ 2 ナノメートルです。-このような細いチューブを触媒上で成長させるには、温度、炭素源の流量、触媒比を非常に高度に制御する必要があります。

現在のCVD法（化学気相成長法）は工業生産に使用できますが、合成された製品には金属性と半導体性のカーボンナノチューブが混在することが避けられません。言い換えれば、成長プロセスでは区別されず、両方のタイプが一緒に成長し、「必要なタイプだけを生産する」ことは不可能です。

コスト構造の観点から見ると、原材料コストはカーボン ナノチューブの総製造コストの 40-60% を占めます。単層管には炭素源の純度と触媒に関するより厳しい要件があり、原料コストは多層管のコストをはるかに上回ります。

2.2 分離・精製：「混ぜ鍋」から「金豆」を取り出す

これは、単層カーボン ナノチューブの「プレミアム」に最も貢献するリンクです。-トランジスタなどの電子デバイスを製造するには、半導体単層カーボン ナノチューブを使用する必要があります。-金属チューブを使用すると、トランジスタのスイッチング特性が破壊されます。

しかし問題は、混合物から半導体カーボン ナノチューブと金属カーボン ナノチューブを効率的に分離することが依然として世界クラスの課題であることです。-一般的な方法には、密度勾配遠心分離、電気泳動分離、および選択的官能基化が含まれます。これらの方法は、煩雑で収量が低いか、非常にコストがかかり拡張が困難です。

国家レベルのカーボン ナノチューブ印刷 TFT​​ プロジェクトでは、複雑な精製プロセスを経て、99.997% を超える純度の半導体カーボン ナノチューブを調製できることが示されています -。ただし、このレベルの純度を達成するには、プロセスの複雑さと時間の投資という点で非常に高いコストがかかります。

2.3 市場の状況: 少数のプレーヤーが供給を独占

希少性が価格を押し上げます。現在、OCSiAl だけで世界の単層カーボン ナノチューブ市場シェアの約 90% を保持しており、既存の生産能力は約 100 トンです。-天能科技は国内で150トンの生産能力の建設を進めている。

需要面では、世界の単層カーボン ナノチューブ市場は、年間平均成長率 49.5% で急速に拡大しています。{0}需要と供給の不均衡がさらに価格の高さを支えています。-

3. なぜ「高価」なのに価値があるのか​​?パフォーマンスが肝心

単層カーボン ナノチューブの超高価な価格は、多層チューブに比べてはるかに優れた伝導効率、機械的特性、熱伝導率によって支えられています。-

価格が高いかどうかは「費用対効果」によって決まります。-単層カーボン ナノチューブはどの程度の能力を持っていますか?-

リチウム電池の用途を例に挙げると、LFP カソードでは、体積抵抗率 13.80 Ω・cm を達成するには、多層カーボン ナノチューブを 0.9% 添加する必要があります。-単層カーボン ナノチューブは、4.77 Ω・cm という低い抵抗率を達成するために、わずか 0.03% (MWCNT の 1/30) を必要とします。

このギャップは、シリコン陽極システムではさらに顕著です。MWCNT では、抵抗率を 0.78 Ω・cm にするには 3% の添加が必要です。 SWCNT はわずか 0.3% (1/10) しか必要とせず、抵抗率は 0.75 Ω・cm に低下します。

つまり、SWCNTは単価が高いにもかかわらず、使用量が極めて少ないということです。ハイエンドの電池配合では、全体的なコストが MWCNT を使用するよりも必ずしも高くなるわけではありません。-

4. 山東省丹豊新素材: 高品質 SWCNT のローカリゼーションの探求-

Shandong Tanfeng New Materials Technology Co., Ltd. は、高品質のカーボン ナノチューブの国産化を積極的に推進しています。-同社の TF シリーズ製品は、純度 98% 以上の単層/多層カーボン ナノチューブをカバーしており、「高価格独占」を打ち破る大きな力となっています。-

価格が高い根本的な理由は技術的な障壁です。独占を打破するには、国内での代替品 - が必要であり、まさに山東丹豊新材料技術有限公司が行っていることです。

Shandong Tanfeng New Materials は、自社開発した高効率の焼結防止触媒システムと連続精製プロセスにより、単層カーボン ナノチューブの収率を大幅に向上させ、不純物の残留量を削減しました。{0}{1}{2}同社は、ハイエンド カーボン チューブのコスト削減を推進する強力なソース メーカーです。-炭素-ベースの材料に深く根ざした国内原料メーカーとして、同社は次の 3 つの側面からこの価格の壁を打ち破っています。

触媒の焼結防止技術の画期的な-:Tanfeng New Materials は、単層カーボン ナノチューブの成長中の高温焼結を効果的に抑制する特殊な担持触媒を使用しています。これにより、触媒寿命が 3 倍以上延長され、SWCNT の巨視的成長収率が 20% 以上に増加し、原材料コストが削減されます。

連続精製および不純物除去プロセス:Shandong Tanfeng は、粗製 SWCNT 製品に含まれる大量の非晶質炭素と金属残留物をターゲットとして、非効率的なバッチ酸洗浄を廃止し、連続向流精製装置を開発しました。 SWCNT に損傷を与えることなく、灰分含有量を 2% 以内に制御し、業界をリードする純度を達成し、下流顧客のその後の処理コストを大幅に削減します。{2}}

半導体 SWCNT の大規模な分離の促進:{0} 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%)、輸入製品のわずか 50% の価格で、フレキシブル センサーとハイエンド帯電防止コーティングの商業用途にコスト効率の高い国内代替品を提供します。{{2}

高品質の単層カーボン ナノチューブの「法外な高価格」は、原子レベルの調製プロセス、世界クラスの分離の課題、寡占的な市場構造、究極のパフォーマンス プレミアムという 4 つの要因が組み合わさった結果です。-山東丹豊新素材-などの中国勢を含む国内企業-が単層カーボンナノチューブの国産化を進めているため、高品質-カーボンナノチューブの価格は将来的に徐々に下落すると予想されている。ハイエンド アプリケーションのニーズを持つ企業にとって、配合のアップグレードと効率向上によるコスト削減のために、今が国産の高品質カーボン ナノチューブを導入する最適な時期です。-