印度打造全球第二大碳纳米管工厂

碳纳米管有望成为下一代半导体器件、先进电池、导电聚合物以及水处理系统的核心材料。印度班加罗尔企业NoPo Nanotechnologies聚焦该领域，通过扩大单壁碳纳米管产能，并针对电子、储能市场开发专用产品，打造自身材料供应商的定位。

这家企业由Gadhadar Reddy与Robert Kelley Bradley于2011年创立，目前团队规模达50人，主营单壁碳纳米管。该材料管壁仅为单个碳原子厚度，直径约为人类发丝的二十万分之一。

NoPo单壁碳纳米管分散液

在接受采访时，联合创始人兼首席执行官Gadhadar Reddy表示：“生产碳纳米管并非唯一难题，更关键的是保证所有产品尺寸均一，以此实现预设材料性能。”

近期，NoPo Nanotechnologies的中试产线正式投产，同时其位于班加罗尔的全新生产工厂正在建设中。该工厂建成后将成为全球第二大碳纳米管生产基地，也是亚洲同类首座专业工厂，将直接为电池生产线供货。两年前，公司完成300万美元A轮前融资，投资方包括Mission10X、Inflexor及多家家族基金。依托这笔资金，企业提升了碳纳米管产能，完善了材料应用方案，并已着手筹备A轮融资，为扩建大型生产工厂储备资金。

长期以来，全球单壁碳纳米管市场由总部位于卢森堡的OCSiAl主导，该企业是全球顶尖碳纳米管生产商，在欧洲和亚洲均设有生产与研发基地。Reddy称，如今众多客户开始寻求替代供应商，这也为NoPo等新晋厂商创造了发展机遇。

工艺控制难题

碳纳米管早在20世纪90年代就被发现，但绝大多数尝试商业化量产的机构，都只能实现批次化生产，不同批次产品的性能差异较大。为解决这一痛点，NoPo Nanotechnologies搭建了覆盖200余项生产参数的全流程管控体系。Reddy表示：“我们梳理出200余个影响生产的关键参数，并对其进行精细化管控。”

公司采用高压一氧化碳法（HiPco）制备碳纳米管，该工艺由联合创始人Robert Kelley Bradley与诺贝尔化学奖得主Richard Smalley共同研发。

传统化学气相沉积（CVD）工艺一般在真空或常压环境下运行，而高压一氧化碳法的工作温度超过1000摄氏度，运行压力也远高于常规工艺。生产过程一旦混入杂质就会立刻停工，且每一轮生产都必须保证原料参数完全一致，才能维持产品稳定性。该工艺属于连续化生产模式，只要持续供给反应原料，产线便可不间断运行。

该工艺以铁基颗粒作为催化剂，碳原子在催化剂表面形成螺旋结构并逐步生长为管状，最终两端形成端帽，完成碳纳米管制备。

碳纳米管分为单壁与多壁两类：单壁碳纳米管仅由一层原子构成，多壁碳纳米管则由多层同心管壁组成。多壁碳纳米管导电性更优，但单壁碳纳米管只需更低的添加量，就能达到相近性能。“在导电类应用场景中，两者的使用效率差距可达十倍。”Reddy说道。该公司产出的碳纳米管平均直径为0.8纳米，尺寸波动范围约0.2纳米。

对于电子领域应用而言，直径是核心指标，因为碳纳米管的带隙由尺寸决定。其带隙范围可在0至2电子伏特之间浮动，厂商可按照直径对碳纳米管进行分选，从而获得具备特定电学特性的产品。

生产完成后，NoPo会根据直径及对应带隙对碳纳米管做分级提纯，再将精选材料供货给半导体及电子行业客户。

企业同时开展手性可控碳纳米管的研发。在碳纳米管领域，手性指代碳原子的排布方式，直接决定材料呈现半导体特性还是金属导电特性。Reddy介绍，公司可按照手性对碳纳米管分类，甚至能够区分同一手性类别下的不同对映异构体。

电池与芯片市场布局

目前，NoPo的商业化重心集中在电池与聚合物两大领域。同时，业界也在探索将碳纳米管应用于2纳米以下先进制程半导体，直接用碳纳米管制作晶体管。Reddy解释，碳纳米管晶体管宽度约1纳米、长度约10纳米，而2纳米制程传统晶体管的尺寸约为30×30纳米。

单壁碳纳米管属于直接带隙半导体，能够规避硅材料存在的发热瓶颈。实测数据显示，碳纳米管器件的时钟频率可突破100吉赫兹。

目前，该公司正与中国台湾头部芯片厂商开展合作，相关合作暂处于研发阶段，对方未对外披露名称。Reddy表示：“对方正在自家生产流程中评估这款材料。”

碳纳米管在不同领域的落地节奏差异明显，半导体领域的应用推进速度慢于电池与聚合物领域。客户测试周期方面：聚合物应用评估通常仅需一个月；车用电池测试周期为一至两年，其他类型电池则为四至六个月。

电池端目前主要聚焦硅基负极场景。在负极材料中掺入硅是提升电池容量的主流方案，但硅材料稳定性较差，需要添加单壁碳纳米管来改善稳定性。NoPo主要供应碳纳米管分散液，可直接掺入负极浆料。经企业测试验证，碳纳米管可在仅增加约1%电池成本的前提下，提升电池容量、循环寿命与充电性能，目前该材料在电池领域已具备全面商业化条件。

当前，已有主流厂商将碳纳米管应用于高端智能手机与车用动力电池。依托印度技术发展局资助的可行性研究项目，NoPo还在布局钠离子电池，并与一家未具名的以色列企业联合研发。初期测试结果显示，该方案可有效提升电池充电效率与容量。

钠离子电池凭借可实现超20000次充放电循环、成本低廉的优势，被视作热门替代方案。随着电池厂商寻求供应链多元化，全球市场对钠离子电池的需求持续攀升。

本土化供应链建设

NoPo并不对外销售碳纳米管原粉，几乎所有产品都会加工为分散液形态。单根碳纳米管肉眼不可见，需借助透射电子显微镜（TEM）才能观测；而堆积状态下的碳纳米管呈现为黑色蓬松粉末。企业会先去除材料中残留的金属杂质，再制成稳定性优异的分散液，客户可直接将其调配至电池浆料与聚合物配方中。

“我们不会售卖原始粉体，提供可直接使用的成品形态，对客户而言实用性更强。”Reddy说道。

公司研发基地占地面积约1486.45平方米，内部设有反应机组、提纯系统、监测设备、分散液加工装置以及材料表征实验室。不同领域客户的试样采购量有所区别：聚合物客户一般采购25至100公斤试样，电池客户多为1至10公斤；正式商业订单通常以吨为单位。

供应链本土化是NoPo的核心发展战略之一。Reddy透露，反应器、加热元件、压力容器、过滤组件、催化剂等生产物料，约九成实现印度本土采购或制造。新冠疫情期间，商用压缩机交付周期拉长至近两年，公司为此自主研发了配套气体压缩机。“我们的一大市场优势，就是实现了全产业链自主把控。”他表示。

多元化应用拓展

除面向电池厂商提供试样、与中国台湾芯片巨头开展半导体研发外，NoPo还开发出碳纳米管滤膜，用于净水领域。该技术先后获得印度国家转型委员会、印度海军、卡纳塔克邦Elevate 100科创计划及XPRIZE基金会的扶持。

此前，公司参与XPRIZE全球缺水解决方案挑战赛，也是唯一入围决赛的印度团队。其研发的滤膜，在同等面积下的通水效率达到传统脱盐滤膜的三倍，不仅能产出更多净水，还可降低能耗，凭借这一技术，企业拿下赛事半决赛名次及决赛优秀奖。

在另一项研发项目中，企业为聚乙烯包装材料打造透明碳纳米管涂层，材料在保留导电性能的同时，不会遮挡包装上的二维码。此外，碳纳米管在印刷电子领域也具备发展潜力，不过公司目前尚未正式开拓这一市场。

谈及未来规划，Reddy表示，NoPo将持续深耕单壁碳纳米管领域，并以班加罗尔生产基地为核心，逐步搭建完善的纳米技术产业生态。“我们从基础材料起步，并在此基础上持续拓展。依托这款材料，我们不断孵化全新应用与产品，进而拉动市场需求。”