Νανοπούδρα ζιρκονίας: Ένα νέο υλικό για το «πίσω» από κινητά τηλέφωνα 5G

Πηγή: Science and Technology Daily: Η παραδοσιακή διαδικασία παραγωγής σκόνης ζιρκονίας παράγει μεγάλη ποσότητα αποβλήτων, ειδικά μεγάλη ποσότητα αλκαλικών λυμάτων χαμηλής συγκέντρωσης, τα οποία είναι δύσκολο να υποστούν επεξεργασία, προκαλώντας σοβαρή περιβαλλοντική ρύπανση. Η άλεση με σφαιρίδια υψηλής ενέργειας είναι μια τεχνολογία εξοικονόμησης ενέργειας και αποτελεσματικής προετοιμασίας υλικών, η οποία μπορεί να βελτιώσει τη συμπαγή δομή και τη διασπορά των κεραμικών ζιρκονίας και έχει καλές προοπτικές βιομηχανικής εφαρμογής. Με την έλευση της τεχνολογίας 5G, τα έξυπνα τηλέφωνα αλλάζουν αθόρυβα τον δικό τους «εξοπλισμό». Η επικοινωνία 5G χρησιμοποιεί το φάσμα άνω των 3 gigahertz (Ghz) ​​και το μήκος κύματος χιλιοστού είναι πολύ μικρό. Εάν το κινητό τηλέφωνο 5G χρησιμοποιεί μεταλλικό backplane, θα επηρεάσει σοβαρά ή θα προστατεύσει το σήμα. Επομένως, τα κεραμικά υλικά με τα χαρακτηριστικά θωράκισης χωρίς σήμα, υψηλής σκληρότητας, ισχυρής αντίληψης και εξαιρετικής θερμικής απόδοσης κοντά σε μεταλλικά υλικά έχουν σταδιακά γίνει μια σημαντική επιλογή για τις εταιρείες κινητής τηλεφωνίας για να εισέλθουν στην εποχή του 5G. Ο Bao Jinxiao, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Εσωτερικής Μογγολίας, δήλωσε στους δημοσιογράφους ότι, ως ένα σημαντικό ανόργανο μη μεταλλικό υλικό, τα νέα κεραμικά υλικά έχουν γίνει η καλύτερη επιλογή για υλικά για backboard smartphone. Στην εποχή του 5G, το backboard κινητών τηλεφώνων χρειάζεται επειγόντως αναβάθμιση. Ο Wang Sikai, γενικός διευθυντής της Inner Mongolia Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (εφεξής αναφερόμενη ως Jingtao Zirconium Industry), δήλωσε στον δημοσιογράφο ότι σύμφωνα με τα στοιχεία που δημοσίευσε η Counterpoint, ένα παγκοσμίου φήμης ερευνητικό ίδρυμα, οι παγκόσμιες αποστολές smartphone θα φτάσουν τα 1,331 δισεκατομμύρια μονάδες το 2020. Με την αυξανόμενη ζήτηση για κεραμικά ζιρκονίου που χρησιμοποιούνται σε backboard κινητών τηλεφώνων, η τεχνολογία Έρευνας και Ανάπτυξης και προετοιμασίας τους έχει επίσης προσελκύσει μεγάλη προσοχή. Ως νέο κεραμικό υλικό με εξαιρετικά υψηλό τεχνικό περιεχόμενο, το κεραμικό υλικό ζιρκονίου μπορεί να είναι κατάλληλο για το σκληρό εργασιακό περιβάλλον για το οποίο τα μεταλλικά υλικά, τα πολυμερή υλικά και τα περισσότερα άλλα κεραμικά υλικά δεν είναι κατάλληλα. Ως δομικά μέρη, τα κεραμικά προϊόντα ζιρκονίας έχουν εφαρμοστεί σε πολλές βιομηχανίες όπως η ενέργεια, η αεροδιαστημική, τα μηχανήματα, η αυτοκινητοβιομηχανία, η ιατρική περίθαλψη κ.λπ., και η παγκόσμια ετήσια κατανάλωση είναι πάνω από 80.000 τόνους. Με την έλευση της εποχής του 5G, οι κεραμικές συσκευές έχουν δείξει μεγαλύτερα τεχνολογικά πλεονεκτήματα στην κατασκευή σανίδων για κινητά τηλέφωνα και τα κεραμικά ζιρκονίας έχουν ευρύτερες προοπτικές ανάπτυξης. «Η απόδοση των κεραμικών ζιρκονίας εξαρτάται άμεσα από την απόδοση των σκονών, επομένως η ανάπτυξη ελεγχόμενης τεχνολογίας παρασκευής σκονών υψηλής απόδοσης έχει γίνει ο πιο κρίσιμος κρίκος στην παρασκευή κεραμικών ζιρκονίας και την ανάπτυξη κεραμικών συσκευών ζιρκονίας υψηλής απόδοσης», δήλωσε ειλικρινά ο Wang Sikai. Η μέθοδος πράσινης άλεσης με σφαιρίδια υψηλής ενέργειας είναι ιδιαίτερα περιζήτητη από τους ειδικούς. Η εγχώρια παραγωγή νανοσωματιδίων ζιρκονίας υιοθετεί κυρίως υγρή χημική διαδικασία και το οξείδιο των σπάνιων γαιών χρησιμοποιείται ως σταθεροποιητής για την παραγωγή νανοσωματιδίων ζιρκονίας. Αυτή η διαδικασία έχει τα χαρακτηριστικά της μεγάλης παραγωγικής ικανότητας και της καλής ομοιομορφίας των χημικών συστατικών των προϊόντων, αλλά το μειονέκτημα είναι ότι κατά την παραγωγική διαδικασία θα παραχθεί μεγάλη ποσότητα αποβλήτων, ειδικά μεγάλη ποσότητα αλκαλικών λυμάτων χαμηλής συγκέντρωσης, τα οποία είναι δύσκολο να υποστούν επεξεργασία και, εάν δεν αντιμετωπιστούν σωστά, θα προκαλέσουν σοβαρή ρύπανση και ζημιά στο οικολογικό περιβάλλον. «Σύμφωνα με την έρευνα, χρειάζονται περίπου 50 τόνοι νερού για την παραγωγή ενός τόνου κεραμικής σκόνης ζιρκονίας σταθεροποιημένης με ύττριο, η οποία θα παράγει μεγάλη ποσότητα λυμάτων και η ανάκτηση και η επεξεργασία των λυμάτων θα αυξήσει σημαντικά το κόστος παραγωγής», δήλωσε ο Wang Sikai. «Με τη βελτίωση της νομοθεσίας περί προστασίας του περιβάλλοντος της Κίνας, οι επιχειρήσεις που παρασκευάζουν νανοσωματίδια ζιρκονίας με υγρή χημική μέθοδο αντιμετωπίζουν πρωτοφανείς δυσκολίες. Ως εκ τούτου, υπάρχει επείγουσα ανάγκη να αναπτυχθεί μια πράσινη και χαμηλού κόστους τεχνολογία παρασκευής νανοσωματιδίων ζιρκονίας. «Σε αυτό το πλαίσιο, έχει γίνει ένα ερευνητικό hotspot για την παρασκευή νανοσωματιδίων ζιρκονίας με καθαρότερες και χαμηλότερης κατανάλωσης ενέργειας διαδικασίες παραγωγής, μεταξύ των οποίων η μέθοδος υψηλής ενέργειας άλεσης με σφαιρίδια είναι η πιο περιζήτητη από τους επιστημονικούς και τεχνολογικούς κύκλους.» «Το μυθιστόρημα του Bao Jin. Η άλεση με σφαιρίδια υψηλής ενέργειας αναφέρεται στη χρήση μηχανικής ενέργειας για την πρόκληση χημικών αντιδράσεων ή για την πρόκληση αλλαγών στη δομή και τις ιδιότητες των υλικών, έτσι ώστε να παρασκευαστούν νέα υλικά. Ως νέα τεχνολογία, μπορεί προφανώς να μειώσει την ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης, να βελτιώσει το μέγεθος των κόκκων, να βελτιώσει σημαντικά την ομοιομορφία κατανομής των σωματιδίων σκόνης, να ενισχύσει τον συνδυασμό διεπαφής μεταξύ υποστρωμάτων, να προωθήσει τη διάχυση στερεών ιόντων και να προκαλέσει χημικές αντιδράσεις χαμηλής θερμοκρασίας, βελτιώνοντας έτσι τη συμπαγή και τη διασπορά των υλικών. Είναι μια τεχνολογία εξοικονόμησης ενέργειας και αποτελεσματικής προετοιμασίας υλικών με καλές προοπτικές βιομηχανικής εφαρμογής. Ο μοναδικός μηχανισμός χρωματισμού δημιουργεί πολύχρωμα κεραμικά. Στη διεθνή αγορά, τα υλικά νανοσωματιδίων ζιρκονίας έχουν εισέλθει στο στάδιο της βιομηχανικής ανάπτυξης. Ο Wang Sikai δήλωσε στους δημοσιογράφους: «Στις ανεπτυγμένες χώρες και περιοχές όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Δυτική Ευρώπη και η Ιαπωνία, η κλίμακα παραγωγής νανοσωματιδίων ζιρκονίας είναι μεγάλη και οι προδιαγραφές των προϊόντων είναι σχετικά πλήρεις. Ειδικά οι αμερικανικές και ιαπωνικές πολυεθνικές εταιρείες, έχουν προφανή ανταγωνιστικά πλεονεκτήματα στην ευρεσιτεχνία κεραμικών ζιρκονίας. Σύμφωνα με τον Wang Sikai, επί του παρόντος, η νέα βιομηχανία κεραμικής της Κίνας βρίσκεται σε στάδιο ταχείας ανάπτυξης και η ζήτηση για κεραμική σκόνη αυξάνεται χρόνο με το χρόνο, επομένως είναι όλο και πιο επείγον να αναπτυχθεί η διαδικασία παραγωγής νέας νανομετρικής ζιρκονίας. Τα τελευταία δύο χρόνια, ορισμένα εγχώρια ερευνητικά ιδρύματα και επιχειρήσεις έχουν επίσης αρχίσει να ερευνούν και να παράγουν νανοσωματίδια ζιρκονίας ανεξάρτητα, αλλά το μεγαλύτερο μέρος της έρευνας και ανάπτυξης βρίσκεται ακόμη στο στάδιο της μικρής κλίμακας δοκιμαστικής παραγωγής στο εργαστήριο, με μικρή παραγωγή και μοναδική ποικιλία. Στο έργο «Νανοσκόνη Ζιρκονίας Χρώματος Σπάνιων Γαιών» που υλοποιήθηκε από την Ceramic Zirconia Industry, η νανοσωματίδα ζιρκονίας παρασκευάστηκε με τη μέθοδο αντίδρασης στερεάς κατάστασης υψηλής ενέργειας με σφαιρική άλεση.» Το νερό χρησιμοποιείται ως μέσο άλεσης για την άλεση και τον καθαρισμό των σωματιδίων, έτσι ώστε η μη συσσωματωμένη σκόνη κόκκων μεγέθους 100 «Μπορούν να ληφθούν νανόμετρα, τα οποία δεν έχουν ρύπανση, χαμηλό κόστος και καλή σταθερότητα παρτίδας», δήλωσε ο Bao Xin. Η τεχνολογία παρασκευής μπορεί όχι μόνο να καλύψει τις απαιτήσεις σκόνης της κεραμικής βάσης κινητών τηλεφώνων 5G, των υλικών θερμικής επίστρωσης φραγμού για κινητήρες στροβίλων αεροπορίας, των κεραμικών σφαιρών, των κεραμικών μαχαιριών και άλλων προϊόντων, αλλά μπορεί επίσης να διαδοθεί και να εφαρμοστεί στην παρασκευή περισσότερων κεραμικών σκονών, όπως η παρασκευή σύνθετης σκόνης οξειδίου του δημητρίου. Σύμφωνα με τον αυτοαναπτυγμένο μηχανισμό χρωματισμού, η τεχνική ομάδα της Βιομηχανίας Κεραμικού Ζιρκονίου υιοθέτησε τη σύνθεση στερεάς φάσης και τη σύνθετη μέθοδο για χρωματισμό χωρίς την εισαγωγή επιπλέον μεταλλικών ιόντων μέσω βελτιστοποίησης της διαδικασίας. Τα κεραμικά ζιρκονίου που παρασκευάζονται με αυτή τη μέθοδο όχι μόνο έχουν υψηλό κορεσμό χρώματος και καλή διαβρεξιμότητα, αλλά επίσης δεν επηρεάζουν τις αρχικές μηχανικές ιδιότητες των κεραμικών ζιρκονίου. «Το αρχικό μέγεθος σωματιδίων της έγχρωμης σκόνης ζιρκονίου σπάνιων γαιών που παράγεται με βάση τη νέα τεχνολογία είναι νανόμετρα, η οποία έχει τα χαρακτηριστικά ομοιόμορφου μεγέθους σωματιδίων, υψηλής δραστικότητας σύντηξης, χαμηλής θερμοκρασίας σύντηξης κ.λπ. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή διαδικασία παραγωγής, η συνολική κατανάλωση ενέργειας μειώνεται σημαντικά. Η αποδοτικότητα παραγωγής και η απόδοση επεξεργασίας κεραμικών βελτιώνονται σημαντικά.» «Οι προηγμένες κεραμικές συσκευές που παρασκευάζονται με αυτή τη μέθοδο έχουν εξαιρετικές ιδιότητες όπως υψηλή αντοχή, υψηλή σκληρότητα και υψηλή σκληρότητα», δήλωσε ο Wang Sikai.