中國碳納米管行業(yè)特點(diǎn)及發(fā)展歷程分析

• 馮少杰 2024年5月9日 來源：中研網(wǎng) 1031 65
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一、碳納米管行業(yè)定義

碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)(徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級，管子兩端基本上都封口)的一維量子材料。碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約0.34nm，直徑一般為2-20nm。并且根據(jù)碳六邊形沿軸向的不同取向可以將其分成鋸齒形、扶手椅型和螺旋型三種，其中螺旋型的碳納米管具有手性，而鋸齒形和扶手椅型碳納米管沒有手性。

碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結(jié)構(gòu)連接完美，具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。近些年隨著碳納米管及納米材料研究的深入其廣闊的應(yīng)用前景也不斷地展現(xiàn)出來。

二、碳納米管行業(yè)特點(diǎn)分析

據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2029年中國碳納米管市場深度分析及發(fā)展前景預(yù)測報(bào)告》分析，碳納米管可以看作是石墨烯片層卷曲而成，因此按照石墨烯片的層數(shù)可分為：單壁碳納米管(或稱單層碳納米管，Single-Walled Carbon Nanotubes，SWCNTs)和多壁碳納米管(或多層碳納米管，Multi-Walled Carbon Nanotubes，MWCNTs)，多壁管在開始形成的時(shí)候，層與層之間很容易成為陷阱中心而捕獲各種缺陷，因而多壁管的管壁上通常布滿小洞樣的缺陷。與多壁管相比，單壁管直徑大小的分布范圍小，缺陷少，具有更高的均勻一致性。單壁管典型直徑在0.6-2nm，多壁管最內(nèi)層可達(dá)0.4nm，最粗可達(dá)數(shù)百納米，但典型管徑為2-100nm。

碳納米管依其結(jié)構(gòu)特征可以分為三種類型：扶手椅形納米管(Armchair form)，鋸齒形納米管(Zigzag form)和手性納米管(Chiral form)。碳納米管的手性指數(shù)(n，m)與其螺旋度和電學(xué)性能等有直接關(guān)系，習(xí)慣上n>=m。當(dāng)n=m時(shí)，碳納米管稱為扶手椅形納米管，手性角(螺旋角)為30°;當(dāng)n>m=0時(shí)，碳納米管稱為鋸齒形納米管，手性角(螺旋角)為0°;當(dāng)n>m≠0時(shí)，將其稱為手性碳納米管。

根據(jù)碳納米管的導(dǎo)電性質(zhì)可以將其分為金屬型碳納米管和半導(dǎo)體型碳納米管：當(dāng)n-m=3k(k為整數(shù))時(shí)，碳納米管為金屬型;當(dāng)n-m=3k±1，碳納米管為半導(dǎo)體型。

按照是否含有管壁缺陷可以分為：完善碳納米管和含缺陷碳納米管。

按照外形的均勻性和整體形態(tài)，可分為：直管型，碳納米管束，Y型，蛇型等。

關(guān)于管壁缺陷對碳納米管力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律也值得引起關(guān)注，這也將有助于進(jìn)一步認(rèn)識碳納米管及其復(fù)合材料。由于碳納米管制造工藝的限制，碳納米管中含有大量的各種缺陷，如原子空位缺陷(單原子或多原子空位)和Stone-Thrower-Wales(STW)型缺陷等。

盡管碳納米管獨(dú)特的性能賦予其在多領(lǐng)域應(yīng)用的潛力，但透明導(dǎo)電膜、超級電容器、導(dǎo)電墨水等新型產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝仍未成熟，而高強(qiáng)度“超級纖維”等材料主要小范圍應(yīng)用于航空航天、軍工等高精尖行業(yè)，因此上述產(chǎn)品或材料距離大面積工業(yè)商用仍需一段較長的時(shí)間。

三、碳納米管行業(yè)發(fā)展歷程

碳納米管于1991年被日本電子公司的飯島博士發(fā)現(xiàn)。1996年，日本的昭和電工在川崎建成了時(shí)間上世界上第一個(gè)商業(yè)化生產(chǎn)碳納米管的工廠，年產(chǎn)能20噸，標(biāo)志著碳納米管商業(yè)化生產(chǎn)的開端。

商業(yè)化嘗試階段(2006-2007年)：大規(guī)模的商業(yè)化嘗試始于2006～2007年間，這段時(shí)間有大量的企業(yè)入局碳納米管的生產(chǎn)，比較知名的包括阿科瑪和Nanocyl。行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有玩家也著力擴(kuò)大規(guī)模：昭和電工將其碳納米管產(chǎn)能擴(kuò)大到每年100噸;CNI公司和Unidym公司合并，成為碳納米管領(lǐng)域的巨頭。

行業(yè)過熱發(fā)展(2009-2010年)：行業(yè)于2009～2011年進(jìn)入過熱階段，歐洲的拜耳、阿科瑪和Nanocyl掀起了一輪增產(chǎn)競賽。以拜耳為例，到2010年，其碳納米管產(chǎn)能比2007年增加了近600%。隨后便是過剩產(chǎn)能的出清，昭和電工于2012年關(guān)閉了一座生產(chǎn)雙壁碳納米管的工廠，拜耳更是于2013年宣布退出碳納米管生產(chǎn)。

良性復(fù)蘇階段(2017年至今)：在技術(shù)成熟度曲線上，目前碳納米管產(chǎn)業(yè)已經(jīng)走過了過熱期和低谷期，進(jìn)入復(fù)蘇良性發(fā)展的階段。行業(yè)進(jìn)入了為期約3年的低谷期后，直到電動汽車的推廣行業(yè)才迎來轉(zhuǎn)機(jī)，進(jìn)入了良性復(fù)蘇的階段。國內(nèi)的碳納米管企業(yè)也在此時(shí)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，截止2019年，已經(jīng)有三順納米、天奈科技和德方納米3家碳納米管企業(yè)上市。

更多碳納米管行業(yè)深度分析，請點(diǎn)擊查看中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2029年中國碳納米管市場深度分析及發(fā)展前景預(yù)測報(bào)告》。

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