Мировые тенденции в ценах на производство нанопорошков
Промышленное производство большинства видов нанопорошков началось не более пяти лет тому назад. До этого в промышленных количествах производились только кремнезем, глинозем и оксид железа. Научно-исследовательские институты и университеты выпускали в небольших объемах многие из ныне имеющихся нанопорошков для применения в наноисследованиях. Несмотря на широкий ассортимент нанопорошков, доступный в настоящее время, всего лишь некоторые из них производятся в промышленных масштабах и подлежат конкурентному ценообразованию.
Цены на наиболее часто производимые порошки
Цены на порошки значительно разнятся от производителя к производителю. Большинство производителей снабжают ограниченное число отраслей. Поэтому на стоимость производства влияют требуемые свойства материалов, что приводит к значительному разбросу цен на один и тот же тип материала. У большинства производителей порошков нет прейскурантов цен, поскольку цена на порошок прежде всего зависит от количества и только во-вторых от качества.
На диаграмме приводятся средние цены на средние заказы промышленных порошков от среднего до высокого качества. Указаны различия в ценах в зависимости от способов производства и качества.
Диаграмма 1. Цена одного килограмма нанопорошков массового производства
Ряд специально производимых порошков недавно стали или скоро станут массовыми. Текущая высокая цена на эти порошки (см. диаграмму 2) объясняется сочетанием высокой стоимости сырья и низким объемом производства. Средний заказ на такие порошки находится в пределах от 1 до 10 кг.
Диаграмма 2. Цена за килограмм специальных нанопорошков
Географическое положение значительно меньше влияет на цену, чем другие. Слабость американского доллара на настоящий момент временно сократила стоимость порошков, производимых в США, по сравнению с их европейскими эквивалентами.
Затраты на транспортировку составляют относительно небольшую часть стоимости больших партий высококачественных порошков.
Мировое производство нанопорошков
Мировое производство нанопорошков распределено неравномерно. Многие страны, такие как Бразилия, Южная Африка, Россия и Австралия, являются крупными производителями сырья, но не производят наночастицы в значительных объемах. Сейчас только развитие в промышленном отношении страны стали производить наноматериалы в коммерческих количествах. Большинство из стран-производителей наноматериалов сильно зависят от импорта сырья. Однако США, например, производит большинство из них в достаточном количестве для удовлетворения своих внутренних потребностей.
На США приходится более половины производителей нанопорошков. На американских производителей приходится две трети мирового производства. Европейский Союз и Азия производят большую часть остального объема.
Диаграмма 3. Местонахождение производителей порошков
Хотя диаграмма 3 создает впечатление того, что США контролируют мировое производство нанопорошков, большинство американских производителей представляют собой небольшие специализированные новые компании или научно-исследовательские институты. Европейские производители не производят порошки в достаточном объеме для внутреннего потребления, а производство некоторых специальных порошков, приобретающих все большее значение, отсутствует или минимально. В результате этого европейские потребители импортируют большое количество порошков разнообразного ассортимента из Северной Америки. Азиатских производителей немного, но они крупные. Зачастую специализируясь на производстве всего нескольких порошков, азиатские производители могут поставлять их в соседние страны, тем самым ограничивая потребность в порошках североамериканского или европейского производства. В Китае и Японии находятся значительные залежи редкоземельных металлов, от которых зависит американское производство некоторых важных редкоземельных оксидов. Согласно данным последнего Геологического обследования США, Китай производит 74% мирового объема иттрия, я Япония – 22%. Растущий объем внутреннего производства в Китае угрожает мировым поставкам некоторых редкоземельных элементов.
Типы порошков, производимых по регионам
На диаграмме 4 производство по регионам разбито на производство оксидов металлов, оксидных смесей, порошков чистых металлов и их смесей. Производство в Северной Америке и Азии имеет сходный профиль, притом что в Азии наблюдается небольшой перевес в сторону производства чистых металлов. По сравнению с этим Европа производит значительно больше оксидов металлов.
Диаграмма 4. Объемы производства порошков с разбивкой по регионам и по типам
Характеристика производителей нанопорошков
На диаграмме 5 показано, что производители порошков, независимо от их месторасположения, в среднем производят от одного до пяти типов нанопорошков. Это особенно четко видно на примере Европы, и менее четко – на примере Азии. Значительное число североамериканских компаний производит от шести до десяти типов порошков. Пять североамериканских компаний производят большую часть всех порошков, включенных в данное исследование. По всему миру производится более сотни различных видов порошков. Подавляющее большинство – такие как теллуристый свинец и оксид голмия, производятся в ограниченном количестве всего лишь одним или двумя производителями в исследовательских целях.
Диаграмма 5. Количество видов порошков, производимых компаниями, с разбивкой по регионам
Диаграмма 6. Отрасли, на которые направлено производство нанопорошков, с разбивкой по регионам
На диаграмме 7 показано, как две потребительские отрасли – электроника и оптика и обрабатывающая промышленность – потребляют более 70% мирового производства порошков. Эти категории в некоторой степени перекрывают друг друга, поскольку многие абразивы, используемые в электронике и оптике, широко используются в обрабатывающей промышленности, и наоборот. На третьем месте, после некоторого разрыва, стоят энергетика и экология, которые включают в себя добычу полезных ископаемых, перерабатывающую промышленность, производство электроэнергии и переработку отходов и потребляют около 8% всего объема производства нанопорошков. Медицина и косметическая промышленность потребляют только 7% нанопорошков, однако ожидается, что их применение в этой области будет вести за собой большую часть нанотехнологических исследований в ближайшие 10-15 лет. Две категории – аэрокосмическая промышленность и металлургия – не включены в категорию «Прочие», поскольку они являются потребителями значительного количества нескольких важных порошков.
Диаграмма 7. Потребление порошков по отраслям
Типы порошков, потребляемые по регионам
На диаграмме 8 потребление по регионам представлено с разбивкой на оксиды металлов, сложные оксиды, порошки чистых металлов и смеси. Профиль потребления почти идентичен по всем регионам.
Диаграмма 8. Типы порошков, потребляемые по регионам
Часто используемые нанопорошки
Нанопорошки – только один из многих имеющихся на сегодняшний день наноматериалов. Большинство из них, такие как, например, дендримеры, фуллерин, нанотрубки, нанопрокладки и нанопоры, производятся из ограниченного количества видов сырья. А нанопорошки можно производить из сотен различных материалов. Все наноматериалы, которые производятся в настоящее время, подразделяются на четыре группы: оксиды металлов, сложные оксиды (состоящих из двух и более металлов), порошки чистых металлов и смеси. Оксиды металлов составляют не менее 80% всей производимых порошков. Порошки чистых металлов составляют значительную и все возрастающую долю всего объема производства. Сложные оксиды и смеси имеются в ограниченном количестве. Однако ожидается, что их использование возрастет в долгосрочной перспективе.
Диаграмма 9. Разбивка нанопорошков по типам
Мировые тенденции потребления нанопорошков
Поскольку нанопорошки представляют собой переработанное сырье, а не конечный продукт, производители наноматериалов полагаются на регулярные и крупные заказы. На настоящий момент всего лишь несколько отраслей применяют нанопорошки. Поэтому большинство порошков производятся по специальным заказам, и только небольшие их количества продаются в упаковке для применения в научных исследованиях или экспериментах.
Расчетное увеличение потребления к 2008 году
Ряд порошков быстро нашли свое применение. Оксид цинка широко используется для производства прозрачных лосьонов для загара нового поколения. Нанонизированные частицы хорошо поглощаются кожей и не оставляют белых полосок, характерных для большинства современных лосьонов. Хотя европейские производители не сразу стали применять оксиды в производстве косметики, ссылаясь на еще не известные эффекты, которые нанопорошки могут вызвать в организме человека, в США и других регионах их производство уже началось. Ограниченные испытания показали, что оксиды нанопорошков проникают в эпидермис, но не попадают в кровоток. Вольфрамово-кобальтовый карбид используется для изготовления износоустойчивого покрытия деталей машин и инструментов, предохраняющего их от царапин. Сурьмяно-оловянный и индие-оловянный оксиды очень перспективны для использования в электронике.
|
Рост потребления более чем на 100% | ||
|
Оксид цинка |
Сурьмяно-оловянный оксид |
Индие-оловянный оксид |
|
Кобальто-вольфрамовый карбид |
|
|
Таблица 1. Рост потребления более чем на 100%
Кремнезем, титания и глинозем, потребление которых превосходит потребление всех других нанопорошков, будут и дальше доминировать на рынке, при повышении их потребления на 50-100%, по мере того как микросхемы становятся нормой в электронной промышленности. Некоторые редкоземельные оксиды и сложные нанопорошки будут играть все более важную роль в электронике и обрабатывающей промышленности. Скачок в заказах аэрокосмической промышленности может значительно увеличить потребление нанопорошка металлического титана.
|
Рост потребления более чем на 100% | ||
|
Кремнезем |
Титания |
Глинозем |
|
Оксид неодимия |
Оксид европия |
Оксид диспрозия |
|
Металлический титан |
Металлическое железо |
Титанат бария |
|
Наноалмаз |
Нитрид кремния |
|
Таблица 2. Рост потребления на более чем 100%
Ожидается умеренный рост потребления целого ряда порошков. Помимо оксида железа и церия – порошков, использование которых хорошо известно, эти порошки признаны как потенциально полезные для нескольких отраслей. Порошки чистых металлов производятся размером <10 нм, что придает материалам совершенно новые свойства, иногда неожиданные. Например, кремнезем при таких размерах становится прозрачным. Нанопорошки металлов в высшей степени реактивны и могут представлять собой большую опасность для здоровья людей, поскольку их частицы достаточно малы и могут попасть в кровоток. Отсутствие информации в отношении их воздействия на здоровье при длительном контакте с ними и их вдыхании заставляют производителей и потребителей быть настороже. Некоторые порошки, такие как серебро, проявляют противомикробное действие при попадании в кровоток, что делает их пригодными для производства марли и одежды для медицинского персонала. Воздействие других порошков, таких как молибден или кобальт, в основном известно, и считается, что оно мягкое или, при малых концентрациях, отсутствует вообще.
|
Рост потребления на 10-50% | ||
|
Оксид железа |
Церия |
Двуокись циркония |
|
Иттрий |
Магнезия |
Металлический кобальт |
|
Металлический никель |
Металлический цинк |
Металлическое серебро |
|
Металлическое золото |
Металлический алюминий |
Металлический вольфрам |
|
Металлическая платина |
Металлический молибден |
Кремний |
Таблица 3. Рост потребления на 10-50%
Потребление некоторых порошков, вероятно, не изменится. Похоже, что резкое повышение стоимости меди частично привело к стагнации ее потребления.
|
Потребление остается неизменным или падает | ||
|
Оксид меди |
Металлическая медь |
|
Таблица 4. Потребление остается неизменным или падает
Временная шкала использования нанопорошков
К 2010 году
Применение в краткосрочной перспективе включает использование порошков для покрытий, переработки отходов, в электронике и в качестве катализаторов. В течение ближайших пяти лет на рынке появятся легкие и стойкие краски и устойчивые к загрязнению покрытия. Нанопорошки металлического железа будут использоваться для очистки сточных вод. Высокое соотношение площади к объему нанопорошков металлов делает возможным производство батареек с продолжительным сроком службы. Оксид церия увеличит срок службы дизельного топлива. Большое разнообразие нанопорошков заменит собой платину в катализе благодаря их свойствам высокоэффективного и дешевого топливного элемента. В индикаторных и плазменных дисплеях будут использоваться сульфаты, селениды и теллуриды на основе цинка, кадмия и свинца для получения более ярких цветов, более четкого изображения, увеличения срока службы и снижения вредного излучения.
К 2020 году
Будет дальше совершенствоваться их применение для экологии. Нанопорошки все больше будут использоваться для очистки и опреснения вод. Как только станет возможным производство более однородных по размеру и форме частиц порошков, появится новая разновидность смазочных материалов. Устройства для хранения данных будут управляться на молекулярном уровне. Производители автомобилей будут использовать оксид циркония, нитрит кремния и карбид кремния для производства керамических двигателей. Магнитные свойства иттрия дадут возможность улучшить работу двигателей и усовершенствовать аппаратуру, в которой используется магнитно-резонансные изображения. Появляется первое истинно медицинское применение – прочные, биологичесаки совместимые имплантанты на основе оксида циркония и нитрида кремния.
В более поздние периоды
После проведения широкомасштабных исследований нанопорошки будут использоваться для доставки лекарств к определенным органам. Самособирающиеся молекулы будут диагностировать заболевания и помогать иммунной системе человека бороться с инфекциями. Нанороботы будут определять и уничтожать раковые клетки, оставляя здоровые клетки нетронутыми. Недорогие углеродистые нанотрубки будут производиться в массовых количествах и способствовать внедрению новых строительных материалов, меняя облик городов. Крошечные батарейки с более продолжительным сроком службы, встроенные в потребительские товары, откроют бесчисленные возможности, такие как изготовление одежды с биологическим мониторингом.
