نانوذرات، حال و آينده

نانوذرات به ذرات كمتر از 100 نانومتر گفته مي‌شود. در اين متن به نانوذرات غيرآلي مي‌پردازيم كه بصورت پودر خشك و يا توزيع در مايع مي‌باشند. در بسياري از موارد نانوذرات به منظور رسيدن به محصولي خاص فرآوري مي‌شوند. مانند توليد فيلم‌ها، وسايل و يا دوغاب نانوذرات براي كاربردهاي تجاري.

باتوجه به ماهيت نانوتكنولوژي نمي‌توان پيش‌بيني‌هاي دقيقي از آينده نانوتكنولوژي داشت. بازار جهاني نانوذرات در سال 2001 حدوداً به 6/555 ميليون دلار رسيد و انتظار مي‌رود كه با نرخ رشد ساليانه 8/12% در سال 2005 به 900 ميليون دلار برسد. در سال 2005 كاربردهاي الكترونيك، مغناطيس و اپتوالكترونيك نانوذرات 2/74% بازار فروش را به خود اختصاص مي‌دهند. زيست‌پزشكي، داروسازي و آرايشي درحدود 1/16% و كاربردهاي انرژي، كاتاليستي و سازه‌اي درحدود 8/9% بازار فروش را به خود اختصاص خواهند داد.

امروزه پراهميت‌ترين نانوذرات از نظر تجاري اكسيدهاي ساده فلزات مثل سيليكا (SiO 2 ) ، تيتانيا (TiO 2 ) ، آلومينا (Al 2 O 3 ) ، اکسيدهاي آهن (Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ) ، اكسيد روي (ZnO) ، سريا (CeO 2 ) و زيركونيا (ZrO 2 ) ، مي‌باشند.

همچنين اكسيدهاي مخلوط نيز مانند اينديم- قلع (ITO)(In2O 3 -SnO 2 ) ، اكسيد قلع- آنتيموان (ATO) ، سيليكات‌ها (سيليكات‌هاي آلومينيوم و زيركنيم) و تيتانات‌ها (تيتانات باريم) از اهميت بالايي برخوردارند. نانوذراتي مانند سيليكا و اكسيد آهن تاريخچه تجاري طولاني در حدود نيم قرن دارند. ولي نانوذراتي مانند TiO 2 و ITO اخيراً وارد بازار فروش شده‌اند.

انواع ديگر نانوذرات مانند اكسيدهاي كمپلكس، نيمه‌هادي‌ها، كاربيدهاي فلزي و فلزات خالص نيز در حال توسعه مي‌باشند. نانوذرات نيمه‌هادي به جز TiO 2 و ITO در حال حاضر از نظر تجاري كاربرد بالايي ندارند. همچنين در مورد فلزات خالص نيز واكنش‌پذيري بالاي آنها امكان توليد، انتقال و ذخيره‌سازي آنها بسيار مشكل مي‌باشد.

نانو ذرات از منظر توليد

در حال حاضر روش‌هاي متعددي براي توليد نانوذرات توسعه يافته است.

در زير برخي از روش‌‌هاي رايج و مهم را مورد بررسي قرار مي‌دهيم.

1- روش‌هاي خردايشي:

در اين روش‌ها ذرات ميكرومتري با اعمال انرژي مستقيم به ذرات كوچكتر تبديل مي‌شوند. مثلاً از روش‌هاي آسياب‌كردن براي خردكردن استفاده مي‌شود. شرايط گرمايي، دمايي و شيميايي محيط آسياب توسط محققين بسياري بررسي شده است. محصول تهيه‌شده به اين روش‌ها آلوده به محيط آسياب مي‌شود.

سالانه چندين تن از اين نانوذرات در محدودة قيمتي 500-50 دلار به فروش مي‌رسد.

2- روش‌هاي فاز بخار:

با استفاده از اين روش‌ها مي‌توان نانوذرات فلزي و اكسيد فلزي توليد كرد. اكسيدهاي فلزي توليدشده در توليد پوشش‌هاي شفاف و مقاوم به خش و همچنين در مقاوم‌سازي پليمرها به منظور توليد نانوكامپوزيت‌‌ها كاربرد دارد. در اين روش‌ها ماده خام مورد نظر به فاز گازي تبديل مي‌شود و يا با يك گاز ديگر مثل اكسيژن (هنگام توليد اكسيد فلزي) و يا با يك گاز خنثي (براي توليد نانوذرات فلزي) در دماي 1500 تا 2300 درجه كلوين مخلوط مي‌شود. سپس اين گاز سرد مي‌شود تا نانوذرات توليد شوند. از مزيت‌هاي اين روش آلودگي كم نانوپودرها و تنوع توليد محصولات با تركيب شيميايي مختلف مي‌باشد.

اندازه ذرات توليدشده با پارامترهايي مثل دما، گاز حامل و نرخ تبخير فلز كنترل مي‌شود.

از معايب اين روش هزينه بالاي اين روش‌ها از نظر انرژي به خاطر دماي بالاي مورد نياز مي‌باشد. علاوه بر اين چنانچه سردكردن با يك ماده ديگر انجام شود، هزينه جداسازي و مواد اوليه مورد نياز نيز اضافه خواهد شد.

به علت هزينه‌هاي زياد روش‌هاي فاز گازي شركت Nanoproduct يك فرآيند جديد ابداع كرده است. مخلوطي از مواد خام اوليه در حين احتراق سپري مي‌شود. سپس بلافاصله تحت پلاسما حرارت‌دهي مي‌شود تا به دماهاي 3000 كلوين برسد. سپس اين بخار سرد مي‌شود تا نانوذرات توليد شوند. سردكردن از طريق انبساط اين بخار صورت مي‌گيرد.

3- روش‌هاي محلولي

به اين روش‌ها، روش‌هاي شيميايي نيز مي‌گويند. در اين روش‌ها نانوذرات از فاز مايع رسوب داده مي‌شوند. از رايج‌ترين آنها روش سل- ژل مي‌باشد. شكل ذره توليدشده در اين روش نسبت به بقيه روش‌ها بهتر قابل كنترل مي‌باشد. شركت‌هايي كه از روش‌هاي محلولي استفاده مي کنند عبارتند از:

يك روش بسيار جالب كه توسط شركت FirestarTechnologies استفاده مي‌شود، استفاده از انرژي هيدروديناميك كاويتاسيون براي رسوب مواد آلي و معدني مي‌باشد. از اين روش مي‌توان براي رسوب اكسيدهاي فلزي تا 4 فلز استفاده كرد. نانوپودرهاي حاصله از اين روش خلوص بالايي دارند. همچنين از اين روش براي توليد كمپلكس‌هاي اكسيد فلزي كه كاربردهايي را در مواد كاتاليستي و تقويت‌كننده پليمرها دارند استفاده مي‌كنند. ساختار كريستالي و اندازه ذرات در اين روش‌ها يكنواخت مي‌باشد. اگرچه روش‌هاي محلولي بسيار ارزان و با حجم بالا مي‌باشند، ولي معايبي نيز دارند. مثلاً مواد پيش‌سازه ممكن است بر روي سطح نانوذرات حاصله تشكيل يك پوشش بدهند.

شرکت نانوپارس لیما - شرکت پارس لیما - شرکت پارس صنعت لیما - شرکت لیما - شرکت پارس صنعت

آدرس دفتر تحقیقات و فروش : تهران - شریعتی - میرداماد