مواد وسرامیکهای پیشرفته

سرامیك‌های پیشرفته به دلیل برخورداری از ویژگیهایی چون پایداری در دماهای بالا، استحكام زیاد و مقاومت بالا در برابر خوردگی، خواص مغناطیسی و الكتریكی خاص و منحصربه‌فرد (چون پیزوالكتریسیته، ابررسانایی، عایق‌بودن یا نیمه‌هادی‌بودن و …) و سایر خواص در بسیاری از صنایع در لیست اجزای بسیار مهم و استراتژیك قرار گرفته‌اند. مثلا" در ماشین‌سازی و ساخت قطعات صنعتی، خواصی چون استحكام و مقاومت در برابر سایش و خوردگی آنها، بسیار اهمیت دارد. در صنایع شیمیایی، مقاومت خوب این مواد در برابر اسیدها و سایر مواد خوردنده بسیار مورد توجه می‌باشد. در صنایع هوا-فضا مقاومت این مواد در برابر حرارت اهمیت دارد، و در صنایع الكترونیك و ارتباطات به علت خواص نوری و الكتریكی خوبی كه دارند، از اجزای مهم محسوب می‌شوند. امروزه سرامیك‌ها در قسمتهای مختلف صنایع اتومبیل‌سازی نیز روزبه‌روز كاربرد بیشتری می‌یابند. چه در سیستم ترمزها و چه در موتورها و سایر اجزاء. در ۶۰ سال اخیر در مورد ۲۵ گروه مختلف از سرامیك‌های پیشرفته، تحقیقات وسیعی صورت گرفته و بسیاری از آنها به تولید رسیده‌اند. در سالهای اخیر، شكوفایی و گسترش صنایع الكترونیك و همچنین كاربرد وسیع سرامیك‌های پیشرفته در صنایع مربوط به تكنولوژی پزشكی و اتومبیل‌سازی، موجب رشد چشمگیر بازار سرامیك‌های پیشرفته گردیده‌است و اكنون این سرامیك‌ها رقمی حدود ۵۰ میلیارددلار را به خود اختصاص داده‌اند (بدون احتساب سرامیك‌های سنتی، شیشه و مواد نسوز معمولی). این بازار از نرخ رشد سالانه‌ا‌ی در حدود ۷-۶ درصد برخوردار بوده و پیش‌بینی می‌شود كه نرخ رشد آن در سالهای آینده همچنان افزایش یابد. موادی كه در سالهای آینده از اهمیت روزافزون برخوردار خواهندبود، موادی چون شیشه‌های پیشرفته، كربن و كامپوزیت‌ها می‌باشند. بطور مثال در سالهای اخیر توجه زیادی به كامپوزیت‌های زمینة سرامیكی معطوف شده‌است (به‌خصوص به انواعی از این مواد كه در دماهای بالا قابل استفاده هستند). مواد كربنی و تكنولوژی‌های مربوطه نیز مورد توجه زیادی قرار دارند. سرامیك‌های پیشرفته در سالهای آینده احتمالا" كاربردهای بسیار حساس و دقیق‌تری در زمینه‌های مختلف پیدا خواهندكرد كه برخی از آنها به قرار زیر می‌باشند :
ابررساناهای سرامیكی كه اخیرا" نمونه‌هایی از آنها در كابلها و مبدلهای الكتریكی بكار گرفته شده‌است و احتمالا" سال آینده وارد بازار خواهندشد. مغناطیس‌های فریتی كه امروزه بازاری به ارزش حدود یك میلیارد دلار را به خود اختصاص داده‌اند، همچنان به گسترش پیشرفت خود ادامه داده و با خواص نوین و بهینة خود، پاسخگوی نیازهای جدید بازار در بخشهای مختلفی چون الكترونیك و اتومبیل‌سازی خواهندبود. در صنایع تلفن‌سازی نیز سرامیك‌های پیشرفته، ساخت تلفنهای همراه كوچك را امكان‌پذیر می‌سازند. در تكنولوژی زیستی (بیوتكنولوژی) در مورد كاشت‌های میكرونی‌ا‌ی تحقیق می‌شود كه قرار است به صورت میكرو رآكتور در بدن كار كنند. پس به حسگرهای سرامیكی در مقیاس نانومتری نیاز خواهیم‌داشت.
ساختارهای گیاهی با سیستمهای بهینه‌شدة الیاف وكانالهای خود عینا" در مورد ساختارهای سرامیكی شبیه‌سازی شده‌اند و قرار است بعنوان سیستمهای بسیار مؤثر كاتالیزوری بكار گرفته‌شوند.
درتكنولوژی ساخت كامپیوترها نیز امكان وقوع تحولاتی در راستای استفاده ازتراشه‌های si-sic بجای تراشه‌های فعلی سیلیكونی وجود دارد. این موضوع امروزه شدیدا" مورد پژوهش و تحقیق قرار گرفته‌است. در صنایع اتومبیل‌سازی روزبه‌روز از قطعات الكتریكی بهرة بیشتری گرفته می‌شود و استفاده از قطعات سرامیكی مینیاتوری در این زمینه بسیار حیاتی است.
امروزه شركتهای بزرگ صنعتی در جستجوی روشهایی هستند كه محصولات خود را هرچه كوچك‌تر، سبك‌تر، هوشمندتر و چندمنظوره‌تر سازند. حركت به سوی چنین محصولاتی به یاری تكنولوژی‌هایی مانند نانوتكنولوژی امكان‌پذیر خواهدبود. به یاری نانوتكنولوژی، امكان تأثیرگذاری بر ساختار اتمی مواد وجود دارد. در آن صورت، مواد را می‌توان كاملا" بر اساس خواص مورد انتظار به گونه‌ا‌ی كاملا" آزادانه طراحی نمود و به خواص و كیفیت‌های كاملا" نوینی دست یافت. در این راستا مواد سرامیكی نیز نقش اساسی خواهندداشت.
ه‌طور خلاصه می‌توان گفت كه در آغاز قرن ۲۱، حوزه‌هایی چون فوتونیك، علوم زیستی و فن‌آوری مواد در مقیاس نانو بعنوان مهمترین قلمروهای پیشرفت علمی و صنعتی معرفی شده‌اند و سرامیك‌ها در تمامی این حوزه‌ها، نقش راهبردی خواهندداشت.
اما در كشور ما تا چه حد به این حوزه‌های نوین كاربرد سرامیك‌ها و مواد نو توجه شده‌است؟ حوزه‌هایی كه محصولات آنها بسیار استراتژیك بوده و ارزش افزوده‌ا‌ی تا ۱۰۰ برابر بیشتر از محصولات معمولی سرامیكی دارند. متأسفانه علیرغم صحبتهای زیاد و برقراری جلسات متعدد در مكانهای مختلف و برگزاری كنفرانس‌ها، در این زمینه هنوز گامهای عملی برداشته نشده‌است. به‌نظر می‌رسد كه نخستین گام در این راستا، تعیین استراتژی گسترش صنعت سرامیك (یا به‌طور كلی مواد مهندسی) برای سالهای آینده و برنامه‌ریزی برای دستیابی و گسترش برخی از فن‌آوریهای فوق‌الذكر می‌باشد. آنگاه جهت هدایت تحقیقات در زمینه‌های دارای اولویت و دستیابی به تكنولوژیهای مربوطه و حمایت جدی از سرمایه‌گذاران برای ورود به برخی از این عرصه‌هـا، بایـد از سوی دولت گامهای اساسی برداشته‌شود؛ چرا كه اگر امروز در این زمینه‌ها فكر اساسی نشود و برنامه‌ریزی اصولی انجام نگیرد، فردا بسیار دیر خواهدبود.

نویسنده :
پروفسور واهاگ مارقوسیان

منبع : ستاد ویژه توسعه فناوری نانو