中国碳纳米管行业发展前景及市场规模分析

中国碳纳米管行业发展前景及市场规模分析

碳作为一种半导体材料，市场发展潜力巨大。碳纳米管可用于电子与半导体、储能、化学材料和聚合物、医疗、结构复合材料及其他领域。半导体性碳纳米管具有大长径比、无悬键表面、高载流子迁移率、室温弹道输运等独特结构特征和优异电学性质，因而被认为是十纳米以下高性能、低功耗晶体管沟道材料的有力候选。碳纳米管的导电属性取决于其螺旋(手性)结构，通常制备出的碳纳米管为金属性和半导体性碳纳米管的混合物。

近年来碳纳米管的结构控制生长与手性分离研究取得了较大进展，但单根碳纳米管的手性及导电属性调控仍是本领域研究的关键和难点。

碳纳米材料形成了广泛的化合物类别，包括石墨烯、富勒烯、碳纳米管、碳纳米纤维等。碳纳米管薄膜与金属薄膜不同，这些高导电薄膜重量轻且柔韧，因此可用于各种电子设备，例如电磁屏蔽、调制器、天线、辐射热计等。2020年，全球碳纳米管的市场规模已超过50亿元，未来随着碳纳米管在医疗、航空航天与国防、涂料和其他应用领域的需求和使用不断增加，预计2026年全球碳纳米管的市场规模将超过100亿元。

我国碳纳米管生产流程

碳纳米管的制备方法大体上分为两个阶段：包括碳纳米管初生长和进一步纯化;核心工艺为催化剂条件下的化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)碳纳米管粉体的主要生产工艺流程如下：

(1)催化剂制备：该步骤为碳纳米管生产的核心步骤，催化剂生产的质量、性能将直接影响后续产出的碳纳米管质量。Fe/Co和Ni等纳米过渡金属催化剂在CNT生长过程中具有较高的催化活性及缓和的生长条件，是常用的CNT催化剂材料;另一方面，除材料配方外，碳纳米管的直径很大程度依赖于纳米催化剂颗粒的大小。因此包括催化剂的材料配方、粒径大小、一致性控制等，均是碳纳米管生产的核心工艺难点。

(2)CVD碳纳米管生长：将催化剂放入碳纳米管反应器，再将甲烷或丙烯(碳氢化合物)、氢气(抑制径向生长)、氮气等按一定比例、气流速度导入，在高温条件下生长得到碳纳米管粗粉。其中CVD碳纳米管连续生产工艺以及相关设备均是核心技术难点，各厂家均建立了相对应设备专利体系。

(3)CNT纯化工序(去除无定型碳以及金属杂质)：不同型号产品需要经过不同的纯化工序，其中高温氧化主要除去碳纳米管粗粉中无定形碳杂质;酸洗提纯、石墨化主要除去碳纳米管粗粉中的催化剂金属杂质。碳纳米管粗粉经过纯化工序后得到碳纳米管纯粉。

(4)粉碎：最后，将碳纳米管纯粉放入粉碎机进行粉碎，制备得到分散性较好的碳纳米管粉体。

(5)碳纳米管导电浆料生产：由于碳纳米管粉分散性差、容易发生团聚，导致在应用过程中导电、导热性等大幅不及预期，目前的主流工艺是在将CNT粉体与NMP、分散剂等进行混合，以浆料形式向下游客户销售。①按照一定比例将分散剂和溶剂(NMP或去离子水)进行搅拌，使得分散剂与溶剂充分融合，随后加入一定比例的碳纳米管粉体，充分搅拌均匀至碳纳米管粉体在溶剂中预分散。②将预分散好的浆料投入砂磨机进行分散，制备得到分散均匀的碳纳米管导电浆料。

碳纳米管在医疗领域未来增速最快

医疗领域碳纳米管应用数量未来几年将是各应用领域中增速最快的。碳纳米管市场的医疗领域细分为透皮给药、癌症治疗、蛋白质组学等(心脏自主调节、血小板活化、组织再生等)，将碳纳米管与生物系统一起使用可以带来医学进步，尤其是诊断、生物传感、药物输送和疾病治疗。

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