به گزارش خبرگزاری مهر، در میان شاخه‌های متعدد فناوری‌نانو، نانوآمیزه‌سازی یا «نانوکامپاندینگ» یکی از کاربردی‌ترین و درآمدزاترین بخش‌ها محسوب می‌شود که به‌ویژه در صنایع پلیمر، سرامیک و فلزات توانسته جایگاه برجسته‌ای به دست آورد.

این تصویر بازار نانوآمیزه‌سازی با ارزش تخمینی ۱۹۰۰۰۰ میلیارد ریال را نشان می‌دهد و آن را به دو بخش اصلی تقسیم می‌کند:

۱. نانوکامپوزیت (ترکیب نانو با مواد پایه در سطح ساختاری) با سهم ۸۹٪

۲. نانوآمیزه (اختلاط نانومواد) با سهم ۱۱٪

در این گزارش، به تفکیک ساختار این بازار، ظرفیت‌های صنعتی، تنوع محصولات و فرصت‌های فناورانه آن پرداخته می‌شود:

سهم ۸۹ درصدی نانوکامپوزیت‌ها از کل بازار، نشان می‌دهد که فناوری نانو در ایران بیش از همه در حوزه «بهبود خواص ساختاری» مواد مورد استفاده قرار گرفته است. این ترکیب‌ها از طریق افزودن نانوذرات به بسترهایی مانند فلز، پلیمر یا سرامیک تولید می‌شوند تا ویژگی‌هایی نظیر استحکام، مقاومت شیمیایی، رسانایی یا خواص حرارتی به‌طور چشم‌گیری بهبود یابد.

این بخش به سه زیرمجموعه اصلی تقسیم می‌شود:

الف) نانوکامپوزیت پلیمری (۸۶٪)

نانوکامپوزیت‌های پلیمری بزرگ‌ترین زیرگروه این بازار هستند در این بخش، سه کاربرد عمده معرفی شده‌اند:

لوله و اتصالات UPVC: نانوذرات باعث افزایش مقاومت در برابر ضربه، خوردگی و اشعه UV می‌شوند.

کیسه زباله زیست‌تخریب‌پذیر: ترکیب نانومواد با پلیمرهای تجزیه‌پذیر به تسریع روند تجزیه و کاهش آلودگی کمک می‌کند.

مخازن نگهداری آب: استفاده از نانوکامپوزیت‌ها در صنعت ذخیره‌سازی آب به آنتی‌باکتریال شدن، استحکام بالا و مقاومت بیشتر در برابر تابش فرابنفش کمک می‌کند.

ب) نانوکامپوزیت سرامیکی (۲٪)

کاربردهای ارائه‌شده در این گروه نیز نشان‌دهنده نفوذ نانو در صنعت بتن، کامپوزیت دندان و محفظه‌های احتراق است:

بتن سبک سازه حاوی نانومواد:کاهش وزن، افزایش استحکام و بهبود عملکرد حرارتی در ساخت‌وسازهای نوین.

کامپوزیت دندان‌پزشکی: نانوذرات باعث بهبود خواص مکانیکی، زیبایی و زیست‌سازگاری کامپوزیت‌های دندانی می‌شوند.

محفظه احتراق توربین گاز: با استفاده از نانوسرامیک‌ها، مقاومت حرارتی و طول عمر این تجهیزات به‌طور چشم‌گیری افزایش می‌یابد.

ج) نانوکامپوزیت فلزی (۱٪)

مهم‌ترین کاربردهای آن به شرح زیر است:

میلگرد تولید شده با پودر نانوکامپوزیتی: افزایش مقاومت مکانیکی، دوام در برابر خوردگی و افزایش عمر سازه از مزایای این فناوری در صنعت ساختمان است.

سره الکترود نقطه جوش: استفاده از نانوذرات در سیم‌های رسانا موجب کاهش افت جریان و افزایش کارایی در تجهیزات الکتریکی می‌شود.

نازل جوشکاری: افزایش مقاومت حرارتی و مکانیکی برای عملکرد بهتر و عمر طولانی‌تر ابزارهای صنعتی.

نانوآمیزه (اختلاط نانومواد): سهم ۱۱ درصدی

این بخش شامل مخلوط کردن نانوذرات با مواد پلیمری یا غیرپلیمری بدون تغییر ساختار پایه آن‌هاست. علی‌رغم سهم کمتر، کاربردهای متنوعی را شامل می‌شود.

الف) پلیمر پایه (۷٪)

رنگ اکریلیک حاوی نانومواد: افزایش مقاومت در برابر اشعه UV، رطوبت و آلودگی محیطی.

چسب کاشی حاوی نانومواد: ارتقاء چسبندگی، مقاومت در برابر رطوبت و عمر طولانی‌تر.

پارچه پنبه‌ای حاوی نانومواد: خواص ضدباکتری، ضدآب و مقاوم در برابر چروک.

ب) غیرپلیمری (۴٪)

کرم و لوسیون حاوی نانومواد: جذب بهتر و تأثیر مؤثرتر بر لایه‌های پوست.

روغن موتور حاوی نانوذرات: کاهش اصطکاک، افزایش بازدهی و کاهش استهلاک قطعات.

خمیردندان حاوی نانوذرات: بهبود کیفیت پاک‌کنندگی خمیردندان و افزایش اثرات محافظتی از دندان.

چرا سهم نانوکامپوزیت از نانوآمیزه بیشتر است؟

در نانوکامپوزیت‌ها، نانوذرات وارد ساختار ماده پایه (مثل فلز، پلیمر یا سرامیک) می‌شوند و ماده رو از درون تغییر می‌دهند. در حالی‌که در نانوآمیزه‌ها (مثل رنگ یا کرم نانویی)، نانومواد فقط به‌صورت مخلوط یا افزودنی به ماده پایه اضافه می‌شوند، بدون اینکه ساختار کلی را دگرگون کنند. همین مسئله موجب اقبال بیشتر به سمت نانوکامپوزیت است و برخی صنایع بزرگ (مثل فولاد، ساخت‌وساز، پتروشیمی) تمایل به سرمایه‌گذاری کلان‌تری در این زمینه دارند.

همچنین نانوکامپوزیت‌ها به‌شدت در صنایع مادر استفاده می‌شوند. میلگرد، سیم آلومینیومی، بتن سبک، لوله‌های پلیمری، قطعات خودرو، محفظه‌های حرارتی از جمله محصولاتی هستند که به شدت به کامپوزیت‌ها وابسته هستند. این صنایع چون تولید انبوه دارند و رقابت‌پذیری بین‌المللی برای آنها اهمیت دارد، تمایل به، به کارگیری نانوکامپوزیت‌ها دارند در نتیجه سهم بازار خیلی بزرگ‌تر برای نانوکامپوزیت‌ها را به ارمغان می‌آورند. در حالی‌که نانوآمیزه‌ها بیشتر در صنایع مصرفی، آرایشی-بهداشتی، نساجی و پوشاک استفاده می‌شوند که معمولاً خردتر و پراکنده‌تر هستند.

چه عواملی موجب اقبال بیشتر به نانوکامپوزیت‌های پلیمری می‌شود؟

یکی از مهم‌ترین مزایای نانوکامپوزیت‌های پلیمری، چگالی بسیار پایین آن‌ها نسبت به نانوکامپوزیت‌های فلزی و سرامیکی است. این ویژگی موجب می‌شود که در صنایعی نظیر خودروسازی، هوافضا و بسته‌بندی، که کاهش وزن نقش کلیدی در افزایش بهره‌وری انرژی و کاهش هزینه‌ها دارد، استفاده از این دسته از نانوکامپوزیت‌ها ترجیح داده شود.

پلیمرها به دلیل خواص ترموپلاستیکی یا ترموست خود، در دماها و فشارهای نسبتاً پایین‌تری فرآوری می‌شوند. فرایندهایی نظیر اکستروژن، قالب‌گیری تزریقی، و فیلم‌دمشی به‌راحتی برای تولید نانوکامپوزیت‌های پلیمری قابل انطباق هستند. در مقابل، تولید نانوکامپوزیت‌های فلزی معمولاً نیازمند عملیات پیچیده‌ای نظیر آلیاژسازی، ریخته‌گری یا فرآوری در دماهای بالا است؛ نانوکامپوزیت‌های سرامیکی نیز نیاز به فرآیندهایی با دمای بسیار بالا، کنترل دقیق و تجهیزات گران‌قیمت دارند. این موضوع باعث می‌شود تولید نانوکامپوزیت‌های پلیمری از نظر اقتصادی و فنی مقرون‌به‌صرفه‌تر و قابل ‌گسترش‌تر باشد.

در نانوکامپوزیت‌های پلیمری، امکان تنظیم دقیق خواص مکانیکی، حرارتی، نوری، ضدباکتریایی، ضد UV و حتی زیست‌تخریب‌پذیری با انتخاب نوع نانوذره (نظیر گرافن، نانورس، نانولوله‌های کربنی، نانوذرات نقره و…)، مقدار آن و نحوه پخش‌شدن در ماتریس پلیمری وجود دارد. همچنین می‌توان با اصلاح شیمیایی سطح نانوذرات، چسبندگی بین فاز پخش‌شونده و فاز زمینه را بهینه نمود. این سطح از کنترل و مهندسی خواص، در نانوکامپوزیت‌های فلزی و سرامیکی به‌مراتب محدودتر است.

نانوکامپوزیت‌های پلیمری، به‌ویژه آن دسته که بر پایه پلیمرهای زیست‌پایه یا زیست‌تخریب‌پذیر توسعه می‌یابند، از زیست‌سازگاری بالایی برخوردارند و در کاربردهای حساس مانند ایمپلنت‌های پزشکی، بسته‌بندی دارویی، سامانه‌های رهایش دارو و مهندسی بافت مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مقابل، نانوکامپوزیت‌های فلزی و سرامیکی در بسیاری از موارد به دلیل سمیت، زیست‌سازگار نبوده و کاربرد محدودی در حوزه زیست‌پزشکی دارند.

نانوکامپوزیت‌های پلیمری به دلیل خواص متنوع و قابلیت سفارشی‌سازی بالا، در حوزه‌های گسترده‌ای همچون صنایع خودروسازی، بسته‌بندی مواد غذایی، صنایع الکترونیک، منسوجات هوشمند، پوشش‌های ضدخوردگی، عایق‌های الکتریکی و حرارتی و تجهیزات ورزشی کاربرد دارند. این تنوع کاربردی موجب افزایش تقاضا در صنایع مختلف و در نتیجه رشد سریع‌تر بازار این دسته از نانوکامپوزیت‌ها شده است.

مواد پایه پلیمری (نظیر پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی‌آمید، پلی‌وینیل کلراید و…) در مقایسه با فلزات و سرامیک‌ها از قیمت پایین‌تری برخوردارند. همچنین، قطعات ساخته‌شده از نانوکامپوزیت‌های پلیمری معمولاً نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارند و مقاومت خوبی در برابر خوردگی، رطوبت و مواد شیمیایی از خود نشان می‌دهند. این عوامل نیز در کاهش هزینه‌های چرخه عمر محصول تأثیر بسزایی دارند.

بسیاری از واحدهای صنعتی فعال در حوزه پلیمر، امکان تولید نانوکامپوزیت‌های پلیمری را با کمترین تغییر در تجهیزات موجود دارند. این در حالی است که برای تولید نانوکامپوزیت‌های فلزی و سرامیکی، نیاز به سرمایه‌گذاری در فناوری‌های خاص و تجهیزات پیشرفته وجود دارد که خود مانعی برای ورود به بازار در مقیاس صنعتی محسوب می‌شود.

دلیل برتری نانوآمیزه‌های پلیمری بر غیرپلیمری در بازار چیست؟

پلیمرها به دلیل ماهیت زنجیره‌ای و ویسکوالاستیک خود، محیطی مناسب برای پراکندگی و تثبیت نانوذرات فراهم می‌کنند. بر خلاف بسیاری از زمینه‌های غیرپلیمری، به‌ویژه مایعات یا فازهای معدنی، ماتریس پلیمری می‌تواند:

از تجمع نانوذرات جلوگیری کند (با استفاده از عوامل سازگارکننده سطح)

نانوذرات را به‌طور یکنواخت در کل ساختار توزیع کند

در حین فرآیند، پایداری مکانیکی و ساختاری ترکیب را حفظ نماید

این خصوصیت منجر به بهبود خواص عملکردی نهایی در مقایسه با نانوآمیزه‌های غیرپلیمری می‌شود.

پلیمرها دامنه وسیعی از ترکیبات را در بر می‌گیرند (از جمله ترموپلاست‌ها، ترموست‌ها، الاستومرها، پلیمرهای زیست‌پایه و…) که می‌توانند با نانوذرات مختلف ترکیب شده و خواص عملکردی متنوعی ایجاد کنند. در مقابل، نانوآمیزه‌های غیرپلیمری معمولاً از زمینه‌هایی با ساختار شیمیایی محدودتر (نظیر رزین‌های معدنی، روغن‌ها یا مایعات غیرآلی) برخوردارند که توان سفارشی‌سازی کمتری دارند.

در نانوآمیزه‌های پلیمری، امکان ایجاد پیوندهای قوی‌تر بین نانوذرات و زمینه وجود دارد، به‌ویژه با استفاده از اصلاح سطح نانوذرات (Functionalization) یا استفاده از کوپلیمرهای سازگارکننده. این پیوندهای بین‌سطحی به ارتقاء خواص مکانیکی، حرارتی، الکتریکی و ماندگاری نانوآمیزه منجر می‌شود. در نانوآمیزه‌های غیرپلیمری (به‌ویژه مایع)، ایجاد چنین پیوندهای پایدار دشوارتر است و اغلب با گذشت زمان، رسوب یا فازجدایی اتفاق می‌افتد.

نانوآمیزه‌های پلیمری به‌ویژه با استفاده از پلیمرهای مقاوم به UV، حرارت، رطوبت یا اکسایش، از پایداری شیمیایی و مکانیکی بالاتری نسبت به آمیزه‌های غیرپلیمری برخوردارند. بسیاری از نانوآمیزه‌های غیرپلیمری در برابر شرایط محیطی ناپایدار بوده و نیازمند بسته‌بندی یا شرایط نگهداری خاص هستند.

بازار نانوکامپوزیت‌ها در ایران با ارزش تخمینی ۱۹۰۰۰۰ میلیارد ریال، فرصتی بزرگ برای تحول صنعتی ایجاد کرده است. این بازار عمدتاً به دو بخش نانوکامپوزیت‌ها (۸۹٪) و نانوآمیزه‌ها (۱۱٪) تقسیم می‌شود. نانوکامپوزیت‌ها با ترکیب نانوذرات با مواد پایه نظیر پلیمر، فلز و سرامیک، ویژگی‌هایی مانند استحکام، مقاومت شیمیایی و رسانایی را بهبود می‌بخشند. بخش عمده این بازار به نانوکامپوزیت‌های پلیمری تعلق دارد که کاربردهایی چون لوله‌های UPVC، کیسه‌های زباله زیست‌تخریب‌پذیر و مخازن نگهداری آب را شامل می‌شود. این نانوکامپوزیت‌ها به دلیل خواص متنوع، وزن سبک و فرآوری آسان در صنایع مختلف از جمله خودروسازی و بسته‌بندی ترجیح داده می‌شوند.

نانوآمیزه‌ها که در آن‌ها نانوذرات بدون تغییر ساختار ماده پایه مخلوط می‌شوند، در صنایع آرایشی، بهداشتی و نساجی کاربرد دارند. در این بخش، مواد پلیمری سهم بیشتری دارند چرا که امکان توزیع یکنواخت نانوذرات را فراهم می‌کنند و خواص مختلفی همچون ضدباکتریایی و ضدآب را به مواد می‌دهند.

افزایش تقاضا برای نانوکامپوزیت‌های پلیمری به دلیل خواص ویژه‌ای چون وزن پایین، مقاومت عالی در برابر شرایط محیطی و هزینه‌های تولید مقرون‌به‌صرفه است. همچنین، این فناوری در مقیاس صنعتی قابل‌گسترش است و به دلیل کاربردهای گسترده در صنایع مادر، رشد بالایی را تجربه می‌کند. در مجموع، بازار نانوکامپوزیت‌ها به‌ویژه در بخش پلیمری، نقشی کلیدی در پیشبرد صنعت ایران و رقابت‌پذیری جهانی خواهد داشت.