شرکتها به دنبال رؤياهاي جديد

   نانومواد (مواد ريز در مقياس نانومتر) داراي صنعتي لااقّل يكصدساله است. پركن‌هايي كه در تايرهاي اتومبيل‌ها استفاده مي‌شوند، ذرّات 10 تا 500 نانومتري كربن بلاك هستند و به قيمتي زير 40  سنت بر هر پوند به فروش مي‌رسند. شركتهاي سرشناس شيميايي مثل Cabot و Degussa-Hüls توليدكنندگان اصلي بازار اشباع 6 ميليون تن بر سال كربن بلاك براي مصرف در تاير هستند، ولي شركتهايي كوچك هم‌اكنون پا به عرصة وجود گذاشته‌اند، كه حاصل پيشرفت علم در دهة گذشته‌اند و از برنامة پيشگامي دولت آمريكا انگيزه يافته‌اند. همهمه نانوتكنولوژي ، علاقة سرمايه‌گذاران مخاطره‌پذير را نيز برانگيخته است. هم‌اكنون پيشوند "نانو" تقريباْ مثل پسوند ".com" در همه‌جا به چشم مي‌خورد؛ و از آن جايي كه بسياري از اين شركتها، خصوصي و سرچشمه گرفته‌ از دانشگاه اند و مطالب روشن كمي هم در مورد آنها وجود دارد، جدانمودن واقعيت از گزافه‌گويي در مورد آنها كار مشكلي است.

   طرحهايي براي تجاري‌نمودن نانوتكنولوژي از نانوالكترونيك و كامپيوتر تا ساخت ماشينهاي مولكولي توليد در سطح نانومتر وجود دارد؛ ولي بيشتر شركتها در محدودة مواد (توليد "نانومواد" آلي، معدني و فلزي) قرار مي‌گيرندو اكثراً قابليتهاي توليدي محدودي براي تحقيق و توسعة فن آوري دارند. با اين حال، همة آنها به تنهايي يا با شركاء در حال كار براي توسعه موارد جديد نانومواد هستند. اين كاربردها شامل استفاده در پليمرها، باتري‌ها، سنسورها، سلول هاي سوختي، كاتاليزورها، مواد الكترونيكي و آرايشي تا روكش‌هاي روي فلزات و نمايشگرهاي كامپيوتري مي‌شود. شركتهاي ديگري "نانوذرّات" را جهت مصارف زيستي مثل رهايش ، اكتشاف، غربال‌نمودن و تشخيص دارو مي‌سازند.

   مطابق بازارسنجي شركت "بينز و همراهان"،پليمرهاي تقويت‌شده بانانو ذرّات ، كاربردهاي تجاري خوبي دارند. رئيس شركت، پيتر بينز پيش‌بيني مي‌كند كه مصارف صنعت اتومبيل و بسته‌بندي، اوّلين موارد سوددهي باشند.

   در مقايسه با پركن‌هاي مرسوم، نانوكامپوزيت‌ها وضعيت فيزيكي بهتري را ازجمله سفتي، قدرت، ضربه پذيري، خواص انسدادي ، مقاومت حرارتي و زيبايي بيشتر ارائه مي‌دهند و از آنجايي كه قطر ذرّات در حدّ طول موج نور است، خواص نوري آنها ازجمله شفّافيت نيز تحت تأثير قرار خواهدگرفت. بينز مي‌گويد: "اكثر مصارف تحقيقاتي هستند و بازار كنوني بسيار كوچك و در وهلة اوّل محدود به چند نانوكامپوزيت نايلوني است. ولي ظرفيت آينده، تكان‌دهنده است؛ در حد چند ميليون تن در سال 2010 !" مواد تقويت‌كننده در حد نانو فقط 3 تا 5 درصد از اين مجموع –از دهها تا هزاران تن- را در بر خواهدداشت؛ چون بيشترين سوددهي از اين مواد در اين سطح اندك عرضه، بدست خواهدآمد.

   خوش‌قيمت‌ترين نانومواد موجود، بتونه‌هايي لايه‌لايه و اغلب تصحيح شيميايي شده هستند، كه حبّه‌هايي با حدّاكثر ضخامت 1000 نانومتر مي‌باشند. بينز مي‌گويد: "تقاضاي كنوني دنيا براي مواد تقويت‌شده با "نانوبتونه"ها، فقط چند هزار تن، يعني جزء كوچكي از ظرفيت كنوني توليد است و لذا قيمت كنوني نسبتاً بالا و حول‌وحوش 5000 تا 000ر10 دلار بر تن است؛ ولي با افزايش تقاضا، در آينده قيمتها خيلي كمتر از اين خواهدبود." وي پيش‌بيني مي‌كند كه در سال 2010 ، بازارهاي جهاني براي نانوبتونه‌ها چند صد ميليون دلار و براي نانوكامپوزيت‌ها 15 تا 30 برابر آن باشد.

Nanophase       از سنتـز بخار پلاسمايي بـراي

   دو شركت فعّال در امر توسعه و تجاري‌نمودن نانوبتونه‌ها، Nanocor  زيرمجموعه‌ا‌ي از Amcol International و Southern Clay  زيـرمجموعه‌ا‌ي از Laporte  هستند. عليرغـم دورنماي مثبت براي بازار نانوبتونه‌ها، Nanocor  بر اساس "راه‌كارهاي استراتژيك" Amcol براي تجارت، در فروش پيشتازي مي‌كند و Southern Clay درگير عمليات‌هاي توليدي مواد آلي ويژه اي است كه Laporte  بر آنها متمركز شده‌است.

Nanocor     ،  فنّاوري ثبت‌شده‌ا‌ي دارد و گفته مي‌شود كه در حال توليد 000ر20 تن بر سال است. اين شركت 6 ساله، موافقتنامة تحقيق وتوسعه‌ا‌ي با شركت Bayer براي نانوكامپوزيت‌هاي نايلوني و با شركت Eastman براي مصارف بسته‌بندي پلي‌اتيلن ترفتالات دارد. همچنين از اواخر دهة 90 جواز توليدي از شركت تويوتا براي توليد نانوكامپوزيت‌هاي نايلوني بدست آورده‌است. به همين طريق، Southern Clay نانوبتونه‌ها را طي يك پروژة مشترك تحقيق و توسعه با جنرال‌موتورز و مونتل براي توليد نانوكامپوزيت‌هاي ترموپلاستيك جهت استفاده در قطعات خودرو بدست آورده‌است.

   اكثر شركتهاي پليمري بزرگ در جستجوي فنّاوري هاي نانوكامپوزيت‌ها هستند. RTP شركت سازندة پلاستيك، نانوكامپوزيت‌هاي نايلوني را براي مصارف فيلم و كاغذ و شركت Triton براي بسته‌بندي، تجاري نموده‌اند. شركت Dow و Magna ، فنّاوري توليدي را براي مصارف صنعت اتومبيل تحت برنامة فنّاوري پيشرفتة دولت آمريكا ايجاد كرده‌اند. در ژاپن، Ube و Unitika ، توليدكنندگان تجاري نانوكامپوزيت‌هاي نايلوني هستند.

 شركت Hybrid Plastics  از تصحيح شيميايي نانوذرّات سيليسي، فنّاوري‌اي را براي توليد سيلسزكيوكسان‌هاي اليگومريك پلي‌هدرال بدست آورده‌است. اين نانوذرّات در پلاستيكها قابل استفاده‌اند. شركت مي‌گويد كه مي‌تواند مقادير زيادي را توليد كند و هم‌اكنون درحال همكاري با توليدكنندگان و مصرف‌كنندگان پلاستيك ازجمله نيروي هوايي است.

   بينز مي‌گويد: "ده سال اوّل پيشرفت نانوكامپوزيت‌ها توأم با بيهوده‌سازي، صحبتهاي غيرواقعي و حتّي متناقض، موانع فنّي و هزينه‌هاي بالا خواهدبود، تا اينكه نانومواد تقويت كننده كاملاْ از پس پرده بيرون آيند."

وي مي افزايد:" هم‌اكنون براي تسريع تجاري‌نمودن ، موانع فنّي  بيشتر جلوه مي‌كنند؛ ولي نتايج نانوكامپوزيت‌هاي مقدّماتي موجب اميد رهبران فنّاوري براي رسيدن به شاهكارهاي تام شده‌است. چندين مورد كاربردي بزرگ درحال تجاري‌شدن هستند و اين بدان معناست، كه آنها در طي چند ماه بازار را تكان خواهندداد!"

فولرين‌ها و نانولوله‌ها :

   كامپوزيت‌هاي پليمري حاوي نانولوله‌هاي كربني، بسيار مورد توجّه قرار گرفته‌اند. بنابه گفتة شركت Principia Partners ، بازار اين كامپوزيت‌ها به حدود 000ر80 تن در سال 2009 خواهدرسيد. اين شركت بازارسنجي اظهار مي‌دارد كه تمايل به نانوكامپوزيت‌ها شديد است، ولي به دليل فرآيندهاي توليد ناقص و مجهولات اقتصادي، مقدار آن نامشخّص مي‌باشد.

   شركت RTP تركيباتي پليمري از نايلون، پلي‌كربنات و ديگر پليمرهاي مهندسي عرضه كرده‌است، كه از نانولوله‌ها پر شده‌است و لذا با حفظ نمودن خواص فيزيكي كليدي رزين‌ها، داراي رسانايي الكتريكي سطحي يكساني مي با‌شند. اين عمل مانع تشكيل الكتريسيتة ساكن مي‌شود و براي فرآيندهاي مهر و موم الكترونيك، اجزاي ديسك درايو و براي اتاقهاي تميز و همچنين اتومبيل كه تخلية الكتريسيتة ساكن مهم است، مناسب مي‌باشند.

   شركت MER ، از سال 1990 در زمينة توليد فولرين، بر مبناي كارهاي استاد فيزيك دانشگاه آريزونا، دونالد هوفمن و ولفگانگ كراتشمر از مؤسسة فيزيك هسته‌ا‌ي ماكس‌پلانك در هايدلبرگ آلمان، فنّاوري اي را براي خويش ترتيب داده‌است. MER قابليت توليد انبوه تا 30 كيلوگرم بر سال را بر اساس يك سرمايه‌گذاري مشترك تحقيقاتي با ميتسوبيشي در اختيار دارد. همچنين فنّاوري توليدي با مجوّز شركت Monjo  از ژاپن دارد. جيمز وايترز، متصدّي اجرايي ارشد شركت مي‌گويد: "صحبت در مورد فولرين‌ها و نانولوله‌ها زياد است، ولي هيچكس تابحال مقادير زياد آنها را بكار نبرده‌است."  به نظر وي:"كاربردهاي آن در بدو ورود به بازار، ظهور خواهندكرد". موردي كه به‌نظر بسيار نويد بخش مي رسد، استفاده در الكترودها و در وهلة اوّل، صنعت باتري است. كاربرد كوتاه‌مدّت ديگر، استفادة نانولوله در فيبرهاي آلي مثل نايلون و پلي‌استرهاست كه مقدار ناچيزي از آنها مقاومت و سفتي فيبر را افزايش مي‌دهند و آنها را رسانا مي‌نمايند.

   Hyperion Catalysis  نانولوله‌هاي كربني را با نام فيبريل‌هاي گرافيتي توليد مي‌نمايد. اين فيبريل‌ها قابل استفاده به صورت پركن رسانا در پلاستيك‌ها و روكش‌ها و بعد از يك‌سري تغييرات ساختماني بعنوان پاية كاتاليستي است. شركت GE،  فنّاوري Hyperion را براي ايجاد يك رزين رسانا در قطعات قالب‌گيري‌شده مثل اتومبيل‌ها و بعضي قطعات تجاري مثل كامپيوترها كه به روش الكترواستاتيك رنگ مي‌شوند، براي ممانعت از تشكيل الكتريسيتة ساكن بكار برده‌است.

   دانشگاه رايس مكان استاد شيمي و فيزيك، ريچارد اسمالي است كه در سال 1996 به سبب كارهايش روي فولرين‌ها، موفق به كسب جايزة نوبل شيمي شد. وي به شركت Carbon Nanotechnologies واقع در هوستون-كه سال پيش آنرا تأسيس كرد-  امتياز انحصاري فنّاوري نانولوله‌هاي كربني خويش را اعطاء كرده‌است. وي مدير مركز علوم و فنّاوري نانوي دانشگاه رايس مي‌باشد. شركت ادّعا مي كتد كه قادر به توليد مقادير متنابهي بصورت اقتصادي براي مصارف گوناگون است، و با ظهور كاربردهاي نويدبخش آن در حفاظت الكترومغناطيسي، صفحات نمايشگر مسطّح، نانوالكترونيك و كامپوزيت‌ها، مذاكراتي براي شراكت‌جستن به جريان افتاده‌است.

   با اين حال وايتزر مي‌گويد كه بيشتر فروش مربوط به بازار تحقيقاتي است، ولي خاطرنشان مي‌كند: "افرادي كه مقادير ميلي‌گرمي خريده بودند، مقادير گرمي خريدند و اكنون كيلوگرمي خريد مي‌كنند." فولرين‌ها بسته به خلوص و خواص ويژة خود ازجمله غني‌سازي ايزوتوپي، داراي قيمت چند دلار بر هر ميلي‌گرم تا چند دلار بر هر گرم هستند. نانولوله‌هاي يك تا چند ديواره‌ا‌ي نيز از چند ده تا صدها دلار بر گرم قيمت دارد. وايتزر مي‌افزايد: "پروژة بلندمدّت ما- در صورتي كه شما مقادير زيادي مصرف كنيد- آن است كه قيمت را تا نزديكيهاي بهاي كربن بلاك پايين ببريم."

مصارف زيستي :

   روي مشتقات فولرين‌ها –كه البته هنوز گرانقيمت هستند- مطالعاتي براي كاربردهاي زيستي صورت گرفته‌است. مثلاً MER گستره‌ا‌ي از فولرين‌ها را با گروههاي عاملي آلي مي‌فروشد. شركتهاي كوچك ديگري روي نانوذرّات از ديگر مواد براي ميله‌هاي شناساگر ژنتيكي يا زيستي در اكتشاف، جداسازي و تشخيص دارو كار مي‌كنند و برخي متوجّه رهايش دارو هستند.

نانوذرّات نيمه‌هادي يا نقاط كوانتومي، بر حسب اندازه

       در هنگام عبور نـور، به رنگهاي مختلفـي مي‌درخشند.

  يكي از موارد سرراست، داروهاي نانوكريستالي است. شركتNanosystems  متعلّق به شركت دارويي ايرلندي Elan از فنّاوري‌اش براي داروهايي كه انحلال ضعيفي در آب دارند، استفاده مي‌كند. روش كار بر مبناي پايداركردن نانوذرّات دارويي به كمك پليمرهاي موجود روي سطوحشان است. Alachua فنّاوري مشابهي دارد. اين فنّاوري قابل كاربرد، ولي محدود به داروهاي با رهايش كنترل‌شده است - بر روي  "نانوكره"هايشان از روكش‌هاي پليمري، سراميكي، فلزي يا زيستي استفاده مي‌كند.

   شركت Quantum Dot از نيمه‌هادي‌ها، نانوذرّه مي‌سازد. اين نانوذرّات، سطوح آبدوست دارند و لذا در محيط آبي قابل استفاده‌اند،  بر اثر تابش نور، تلألؤ رنگي پيدا مي‌كنند ، تقريباً با هر روش سنجش نوري، قابل استفاده‌اند و با روشهاي مرسوم مثل رنگها رقابت مي‌كنند. جوئل مارتين، رئيس Quantum Dot مي‌گويـد: "نقاط كوانتومـي ما بــه DNA، پروتئيـن‌هــا و انـواع مختلـف مولكولهـاي داراي فعاليت زيستـي، مثـل آنتي‌بادي‌هـا قابل‌الصاق اسـت. همچنين مي‌توان آنهـا را درون انـواع مختلف ذرّات حامل ميكروسكوپي به‌منظوركُدگذاري ميله‌ا‌ي كالري‌متري قرار داد."                                        

   به اعتقاد مارتين، يك رشتة تقريباً نامتناهي از مصارف در حوزة زيست‌شناسي و يك بازار بالقوّة عظيم وجود دارد. اين شركت 3 ساله، مي‌خواهد يك ارتقاء ‌دهنده، توليدكننده و فروشندة محك‌هاي سنجش زيستي باشد. اين شركت و شركايش روي فنّاوري بهينه‌سازي محصول ،و توليد صنعتي، متمركز شده‌اند. فقط مقدار كمي از اين مواد، هم‌اكنون موردنياز است و به اعتقاد مارتين، شركت در نهايت قادر به توليد نقاط كوانتومي در مقادير بسيار بزرگ (كيلوگرمي) خواهدبود و فروش محصول را از اواسط سال 2001 شروع خواهدكرد.

   هم‌اكنون ذرّات طلاي با اندازة 4/1 نانومتر به صورت مشتق‌شده يا با روكش نقره، وجود دارد كه توسط شركت Nanprobes توليد مي شوند. اين نانوذرّات به صورت عامل برچسب‌گذاري ويژة شيميايي و ميله‌هاي شناساگر ايمني‌سنجي در ميكروسكوپي نوري و الكتروني، زيست‌شناسي مولكولي و مطالعات سلولي قابل استفاده‌اند. وسر آخر ذرّاتي مغناطيسي وجوددارند كه به طريق مشابهي از آهن و كربن فعّال توسط شركت FeRx ساخته مي‌شوند و به صورت حامل‌هايي براي رهايش دارو قابل استفاده هستند.

فلزات و مواد معدني :

   شركت Mach 1 نيز قصد توليد اكسيد آهن مغناطيسي براي مصارف زيستي دارد. اين شركت از سال 1992، ذرّات اكسيد آهني به اندازة 3 نانومتر براي مصارف كاتاليستي و سوخت جامد راكت مي‌سازد. بنيانگزار و مدير شركت، برنارد كوسوفسكي مي‌گويد: "مقادير توليدي هنوز كوچك‌اند" ؛ فروش در حدّ چند ده‌هزار دلار و واحد توليدي محدود به مقياس پايلوت و نيمه‌صنعتي مي‌باشد.

   كوسوفسكي مي‌گويد: "فروختن كيفيت برتر، بيش از آنچه فكر مي‌كردم، مشكل است. پيشرفتهاي زياد، بيشتر از هر چيز تابع قيمت است". بنا به‌نظر او، اگر محصولات در اندازة ميكرومتر، قيمت كاملاً پايين‌تري از نانومواد داشته‌باشند و در دسترس هم باشند، آنها همچنان مصرف خواهندشد. او مي‌گويد: "در چنين بازاري، اگر محصول شما كيفيتي بي‌نظيرهم داشته‌باشد، نمودار قيمت-كيفيت بسيار معني‌دار خواهدبود".

   توليد در فاز بخار، از فرآيندهاي متداول‌تر نسبت به ديگر روشهاي شامل احتراق، سل ژل و روشهاي مكانيكي-شيميايي است. Mach 1  هم‌اكنون مجوّز يك فرآيند پلاسمايي مايكروويو را عرضه كرده‌است، كه در آيندة مقياس توليدي آن نيز بزرگتر خواهدشد. كوسوفسكي مي‌گويد،برجستگي اين روش در  اين است كه مي‌توان نانوذرّاتي را براي نانوكامپوزيت‌هاي پليمري، سراميكي و فلزي، توليد و روكش‌دهي كرد.

   شركــت Nanophase Technologies ، سنتــز بخـــاررا بكارمي‌برد و از فنّاوري كپسوله‌نمودن ذرّات نيز برخوردار اسـت.اين شركت نانومواد كه از نادر شركتهاي عمومي نانومـواد است، 7/1 ميليون دلار درآمد و 7/2 ميليون دلار ضرر را در 6 ماه اوّل سال 2000 گزارش نموده‌است. پُر حجم‌تريـن محصولش –در حـدّ چند صد تـن بــر سـال- اكسيــد روي اســت كـــه بــه شركـت ‌هـــاي BASF ، Schering-Plough و ديگران، براي استفــاده در صفحات آفتابي و به عنوان قـارچ‌كـش در وسايـــل آرايشـي و بهداشتــي، عرضــه مي‌كنــد. Nanophase  انتظار دارد كه در اواخر 2001 به سوددهي برسد.

.

   Nanophase  همچنين نانومواد معدني ديگري را براي مصارف كاتاليستي و روكش‌دهي مي‌فروشد. رئيس شركت، جوزف كراس مي‌گويد: "در زمينة روكش‌ها، ما در زمينه‌هاي كاملاً متفاوتي از لنزهاي چشمي پلاستيكي تا كف‌پوش‌هاي وينيلي و مصارفي كه مقاومت سايشي مورد نياز است، درحال كاريم". پروژة مهم ديگر، توسعة روكش‌هاي اسپري حرارتي، مخصوصاً نانومواد اكسيد فلزي است كه در نيروي دريايي براي تعمير قطعات فلزي فرسوده يا خورده‌شده بكار مي‌رود.

   شركت Altair Technologies   نيز با مشاركت Nanopowder Enterprises  روي روكش‌هاي پيشرفتة سراميكي براي ادارة تحقيقات نيروي دريايي درحال كار است. محصول ساده Altair ، اكسيد تيتانيم نانوكريستالي است. هدف شركت، توليد تا حد 1500 تن بر سال در صورت توسعة بازار است.

   به قول ميشل شونستروم، يك تحليل‌گر از شركت مشاوران تحقيقاتي شونستروم، بازار اصلي دي‌اكسيد تيتانيم در حد نانو –بعنوان رنگدانه، محافظ اشعة ماوراءبنفش يا روكش‌هاي سطحي- روي هم‌رفته حدود 4000 تن بر سال با قيمت 000ر20 تا 000ر25 دلار بر هر تن است، كه ، شامل توليدكنندگان مرسوم دي‌اكسيد تيتانيم نيز مي‌شود. شونستروم مي‌گويد: "در دو سال آينده، حوزة نانومواد به سرعت رشد خواهدكرد. به محض اينكه بازار نانومواد شروع به رشد كند، سرمايه‌گذاري در مقياس‌هاي توليد بزرگتر تغيير مي‌كند و اكثر شركتها خيلي سريع به اين عرصه گام گذاشته و قيمتها را پايين خواهندكشيد. اين فقط محتاج زمان است".

نمونه‌اي از شركتهاي عرضه‌كنندة نانومواد :

منبع: گزارش ويژة تجاري مجلّة C&EN (Chemical & Engineering News) ؛ 16 اكتبر 2000