توسعه بازار فناوری سبز نانویی تا ۲۰۲۸

به گزارش ایسنا، پوشش‌های تزیینی یکی از صنایع پول‌ساز هستند و امروزه توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند، ولی از سوی دیگر از آنجایی که مواد مورداستفاده در ساخت اشیاء ممکن است خودشان از زیبایی کافی برخوردار نباشند، در موارد بسیاری استفاده از پوشش‌هایی برای افزایش زیبایی و مقاومت این مواد مطلوب تولیدکنندگان است. از این رو است که صنعتی با موضوع پوشش‌های تزیینی به وجود آمده و شرکت‌هایی به‌صورت تخصصی در این زمینه فعالیت می‌کنند.

طی سال‌های اخیر نیز با ورود فناوری نانو و توسعه روش‌های لایه‌نشانی مانند رسوب بخار فیزیکی (PVD) و رسوب بخار شیمیایی (CVD) توجه بیشتری به این صنعت شده است. شرکت‌های فراوانی شکل گرفته‌اند که از فناوری نانو و لایه‌نشانی نانوپوشش‌ها برای افزایش زیبایی اشیاء، شیرآلات و یراق‌آلات استفاده می‌کنند.

بر این اساس از سوی ستاد نانو در بخشی از سلسله گزارش‌های صنعتی خود، به برخی از کاربرد نانو لایه‌نشانی PVD در تولید صعتی نانو پوشش‌های تزئینی پرداخته و در آن به معرفی روش PVD، دستگاه‌های موجود در داخل کشور و همچنین شرکت‌های تولیدکننده این پوشش‌ها اشاره شده است.بر اساس این گزارش، برای ساخت نانو پوشش‌ها روش‌های مختلفی وجود دارد و از مهمترین  دستگاه‌هایی که به این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرند و به صورت صنعتی قابل ارتقا هستند، می‌توان به دستگاه رسوب بخار فیزیکی اشاره کرد. PVD  به طور کلی به فرایندی گفته می‌شود که در آن ماده از یک فاز جامد به صورت بخار درآمده و سپس بر روی یک زیر لایه نشانده شده و مجددا به فاز جامد باز خواهد گشت.

در این فرایند امکان لایه‌نشانی در ابعاد اتمی و مولکولی وجود دارد. همچنین محفظه‌ای که لایه داخل آن صورت می‌گیرد، به صورت خلأ بوده یا محیطی گازی با فشار کم دارد. این روش می‌تواند پوشش‌هایی به ضخامت تنها چند نانومتر تا چندین هزار نانومتر ایجاد کند. موادی که روی آنها لایه‌نشانی صورت می‌گیرد، می‌توانند دارای ابعاد مختلف یا اشکال ساده یا پیچیده باشند، هر چند ممکن است در اشکال پیچیده لایه‌نشانی به صورت یکنواخت صورت نگیرد.

در گذشته پوشش‌هایی چون "برنج" به صورت یک لاک روی سطح اعمال می‌شدند تا جلوی کدر شدن آن سطوح در گذر زمان را بگیرد، ولی اگر لاک روی سطح به هر دلیلی از بین می‌رفت، آلیاژ زیری در معرض اکسید شدن قرار می‌گرفت.

پوشش‌هایی که به روش PVD قابل ایجاد کردن هستند، عبارتند از انواع عنصرها، آلیاژه یا برخی ترکیبات که از طریق واکنش در حین فرآیند رسوب ایجاد می‌شوند. در این حالت عناصر که به صورت بخار درآمده‌اند، ممکن است با گاز موجود در محیط واکنش داده و ترکیب حاصل روی سطح رسوب کند، مانند پوشش TiN که از واکنش تیتانیوم با گاز N2 تشکیل می‌شود.

پوشش‌هایی که با این روش قابل اعمال هستند، می‌توانند با اهداف مختلفی اعمال شوند که مهمترین هدف این گزارش، افزایش مقاومت به خوردگی و همچنین ایجاد خاصیت زیبایی برای محصولات است. پوشش‌های فلزی یا ترکیبات آنها می‌توانند رنگ‌هایی براق و بسیار زیبا روی سطوح اعمال کنند، به‌ویژه در سطوحی مانند شیرآلات که با وجود استفاده از استیل‌های ضد زنگ، همچنان بعد از استفاده طولانی، تیره رنگ می‌شوند.

این پوشش‌ها می‌توانند زیبایی محصول را برای مدت بسیار زیادی حفظ کرده و همچنین در مقابل خوردگی و مواد شوینده نیز از خود مقاومت نشان دهند."ایجاد سختی سطحی بالا"، "ماده‌ای خنثی و پایدار"، "چسبندگی قوی و مقاومت در برابر سایش"، "تحمل حرارتی بالا"، "ضخامت از چند نانومتر تا چند میکرومتر"، مقاومت در برابر خوردگی"، "غیر سمی بودن" و "افزایش آب گریزی" از دیگر ویژگی‌های محصولات لایه‌نشانی شده با فرآینده PVD است که در این گزارش به آن اشاره شده است.

علاوه بر اینها این روش به عنوان روشی سبز شناخته می‌شود؛ چرا که در فرآیند آبکاری سنتی از مقادیر زیادی فلزات سمی مانند سرب، جیوه، کادمیوم، باریم و کروم استفاده می‌شود و این فلزات سمی به دلیل قرارگیری در زباله می‌توانند رفته رفته به داخل خاک نشت کرده و خاک را مسموم کنند، ولی در روش PVD استفاده از این فلزات سمی حذف شده است.در ایران دو دسته "شرکت‌های خدمات دهنده پوشش‌های PVD" و "شرکت‌های تولید کننده محصولات" در این زمینه فعال شده‌اند.معروف‌ترین پوشش‌های تزئینی مقاوم که مورد استفاده قرار می‌گیرند، به این شرح است:

پوشش نیترید نیتانیوم (TiN)
یکی از مواد پرکاربرد در صنعت پوشش دهی، نیترید تیتانیوم است. علت آن نیز وجود خواص سایشی فوق‌العاده این ماده و همچنین پایداری شیمیایی بالای آن است. استفاده از این ماده برای پوشش‌دهی از تجهیزات ماشین کاری گرفته تا نیمه‌ رساناها کاربرد دارد.

پوشش‌ TiAIN
پوشش‌های TIN از خواص بسیار خوبی به عنوان پوشش برخوردار هستند، اما مشکل اصلی آنها این است که در دمای بالا تا حدودی در معرض اکسید شدن قرار می‌گیرند. برای رفع این مشکل یکی از راه حل‌ها،‌ اضافه کردن مقداری آلومینیوم به داخل ساختار است. در نتیجه این رویکرد، پوشش‌ TiAIN گسترش یافت، چرا که در دماهای بالا حدود ۷۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد مقاوم است.

بر اساس پیش‌بینی مؤسسه Mordor Intelligence اندازه بازار پوشش‌های PVD تا سال ۲۰۲۷ به طور میانگین سالانه ۵ درصد افزایش اندازه خواهد داشت و در گزارش دیگری بازار این پوشش در سال ۲۰۲۰ حدود ۱۸.۵ میلیارد بوده و پیش‌بینی شده است این بازار تا سال ۲۰۲۸ به صورت سالانه با نرخ ۵.۸ درصد، افزایش یابد.بازار پوشش‌های لایه نازک برای کاربردهای تزئینی نیز در حال افزایش است و به دلیل زیست‌سازگاری مناسبی که این روش دارد، استفاده از آن در محصولات پزشکی رو به افزایش است.

همچنین بر اساس گزارش منتشر شده از سوی ستاد نانو، در سال ۹۹ فروش محصولات فناوری نانو در حدود ۴۴۰۰ میلیارد تومان بوده است که از این میزان ۵۵ درصد آن متعلق به صنعت ساخت و ساز بوده است و بیش از ۷۰ درصد از محصولات حوزه ساختمان از فرآیند لایه‌نشانی PVD بهره برده است.بر اساس این گزارش، فروش محصولات نانو که با PVD لایه‌نشانی شده‌اند، تنها در صنعت ساختمان بیش از ۱۷۰۰ میلیارد تومان بوده است.