Nanopulbere de zirconiu: un nou material pentru „spatele” telefonului mobil 5G

Sursa: Science and Technology Daily: Procesul tradițional de producție a pulberii de zirconiu produce o cantitate mare de deșeuri, în special o cantitate mare de ape uzate alcaline cu concentrație scăzută, dificil de tratat și care provoacă o poluare gravă a mediului. Măcinarea cu bile de înaltă energie este o tehnologie de preparare a materialelor care economisește energie și este eficientă, putând îmbunătăți compactitatea și dispersabilitatea ceramicii de zirconiu și având perspective bune de aplicare industrială. Odată cu apariția tehnologiei 5G, telefoanele inteligente își schimbă în liniște propriul „echipament”. Comunicarea 5G utilizează spectrul de peste 3 gigaherți (Ghz), iar lungimea de undă milimetrică este foarte scurtă. Dacă telefonul mobil 5G folosește un backplane metalic, acesta va interfera serios cu semnalul sau îl va proteja. Prin urmare, materialele ceramice cu caracteristici de ecranare a semnalului, duritate ridicată, percepție puternică și performanțe termice excelente, apropiate de materialele metalice, au devenit treptat o alegere importantă pentru companiile de telefonie mobilă care doresc să intre în era 5G. Bao Jinxiao, profesor la Universitatea de Știință și Tehnologie din Mongolia Interioară, a declarat reporterilor că, în calitate de material anorganic nemetalic important, noile materiale ceramice au devenit cea mai bună alegere pentru materialele pentru panourile de protecție ale telefoanelor inteligente. În era 5G, panourile de protecție ale telefoanelor mobile trebuie modernizate urgent. Wang Sikai, directorul general al Inner Mongolia Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (denumită în continuare Jingtao Zirconium Industry), a declarat reporterului că, conform datelor publicate de Counterpoint, o instituție de cercetare de renume mondial, livrările globale de smartphone-uri vor ajunge la 1,331 miliarde de unități în 2020. Odată cu creșterea cererii de ceramică de zirconiu utilizată în panourile de protecție ale telefoanelor mobile, tehnologia de cercetare și dezvoltare și pregătire a atras, de asemenea, multă atenție. Fiind un nou material ceramic cu conținut tehnic extrem de ridicat, materialul ceramic de zirconiu poate fi competent pentru mediile de lucru dure pentru care materialele metalice, materialele polimerice și majoritatea celorlalte materiale ceramice nu sunt competente. Ca piese structurale, produsele ceramice din zirconiu au fost utilizate în multe industrii, cum ar fi energia, industria aerospațială, utilajele, industria automobilelor, tratamentul medical etc., iar consumul anual global este de peste 80.000 de tone. Odată cu apariția erei 5G, dispozitivele ceramice au demonstrat avantaje tehnologice mai mari în fabricarea panourilor pentru telefoane mobile, iar ceramica din zirconiu are o perspectivă de dezvoltare mai largă. „Performanța ceramicii din zirconiu depinde direct de performanța pulberilor, astfel încât dezvoltarea unei tehnologii controlabile de preparare a pulberilor de înaltă performanță a devenit cea mai importantă verigă în prepararea ceramicii din zirconiu și dezvoltarea dispozitivelor ceramice din zirconiu de înaltă performanță”, a spus Wang Sikai, sincer. Metoda de măcinare cu bile ecologică de înaltă energie este foarte căutată de experți. Producția internă de nano-pulbere de zirconiu utilizează în mare parte un proces chimic umed, iar oxidul de pământuri rare este utilizat ca stabilizator pentru a produce nano-pulbere de zirconiu. Acest proces are caracteristicile unei capacități de producție mari și a unei bune uniformități a componentelor chimice ale produselor, dar dezavantajul este că în procesul de producție se va produce o cantitate mare de deșeuri, în special o cantitate mare de ape uzate alcaline cu concentrație scăzută, care sunt dificil de tratat și, dacă nu sunt gestionate corespunzător, vor provoca poluări grave și daune mediului ecologic. „Conform studiului, sunt necesare aproximativ 50 de tone de apă pentru a produce o tonă de pulbere ceramică de zirconiu stabilizată cu ytriu, ceea ce va produce o cantitate mare de ape uzate, iar recuperarea și tratarea apelor uzate vor crește considerabil costul de producție”, a declarat Wang Sikai. Odată cu îmbunătățirea legislației chineze privind protecția mediului, întreprinderile care prepară nano-pulbere de zirconiu prin metoda chimică umedă se confruntă cu dificultăți fără precedent. Prin urmare, există o nevoie urgentă de a dezvolta o tehnologie de preparare ecologică și cu costuri reduse a nano-pulberei de zirconiu. „În acest context, a devenit un punct fierbinte de cercetare pentru prepararea nano-pulberei de zirconiu printr-un proces de producție mai curat și cu un consum redus de energie, printre care metoda de măcinare cu bile de înaltă energie este cea mai căutată de cercurile științifice și tehnologice. Romanul lui Bao Jin. Măcinarea cu bile de înaltă energie se referă la utilizarea energiei mecanice pentru a induce reacții chimice sau pentru a induce modificări în structura și proprietățile materialelor, astfel încât să se prepare noi materiale. Ca tehnologie nouă, aceasta poate reduce evident energia de activare a reacției, poate rafina dimensiunea granulelor, poate îmbunătăți considerabil uniformitatea distribuției particulelor de pulbere, poate îmbunătăți combinația de interfață dintre substraturi, poate promova difuzia ionilor solizi și poate induce reacții chimice la temperatură scăzută, îmbunătățind astfel compactitatea și dispersabilitatea materialelor. Este o tehnologie de preparare a materialelor care economisește energie și este eficientă, cu perspective bune de aplicare industrială. Mecanismul unic de colorare creează ceramică colorată. Pe piața internațională, materialele nano-pulbere de zirconiu au intrat în etapa de dezvoltare industrială. Wang Sikai a declarat reporterilor: „În țările și regiunile dezvoltate, cum ar fi Statele Unite, Europa de Vest și Japonia, scara de producție a nano-pulberii de zirconiu este mare, iar specificațiile produsului sunt relativ complete. În special companiile multinaționale americane și japoneze, au avantaje competitive evidente în brevetarea ceramicii de zirconiu. Potrivit lui Wang Sikai, în prezent, noua industrie de producție a ceramicii din China se află într-o etapă de dezvoltare rapidă, iar cererea de pulbere ceramică crește de la an la an, așa că este din ce în ce mai urgent să se dezvolte procesul de producție a noii nanometri de zirconiu. În ultimii doi ani, unele institute de cercetare și întreprinderi interne au început, de asemenea, să cerceteze și să producă independent nano-pulbere de zirconiu, dar cea mai mare parte a cercetării și dezvoltării se află încă în stadiul de producție de probă la scară mică în laborator, cu producție mică și o singură varietate. În proiectul „Nanopulbere de zirconiu din pământuri rare colorate” implementat de Ceramic Zirconia Industry, nanopulberea de zirconiu a fost preparată prin metoda reacției în stare solidă cu măcinare cu bile de înaltă energie.” Apa este utilizată ca mediu de măcinare pentru a măcina și rafina particulele, astfel încât pulberea de granule neaglomerate să fie obținută. „cu o dimensiune de 100 de nanometri, care nu poluează, are un cost redus și o stabilitate bună a lotului”, a spus Bao Xin. Tehnologia de preparare nu numai că poate satisface cerințele de pulbere pentru plăcile ceramice de protecție a telefoanelor mobile 5G, materialele de acoperire cu barieră termică pentru motoarele cu turbine de aviație, bilele ceramice, cuțitele ceramice și alte produse, dar poate fi popularizată și aplicată și în prepararea mai multor pulberi ceramice, cum ar fi prepararea pulberii compozite de oxid de ceriu. Conform mecanismului de colorare dezvoltat de companie, echipa tehnică a Ceramic Zirconium Industry a adoptat sinteza în fază solidă și metoda compozită pentru colorare fără a introduce ioni metalici suplimentari prin optimizarea procesului. Ceramica de zirconiu preparată prin această metodă nu numai că are o saturație ridicată a culorii și o umectabilitate bună, dar nici nu afectează proprietățile mecanice originale ale ceramicii de zirconiu. „Dimensiunea originală a particulelor de pulbere de zirconiu colorată din pământuri rare produsă pe baza noii tehnologii este nanometrică, având caracteristicile dimensiunii uniforme a particulelor, activității de sinterizare ridicate, temperaturii scăzute de sinterizare și așa mai departe.” „Comparativ cu procesul de producție tradițional, consumul general de energie este redus semnificativ. Eficiența producției și randamentul prelucrării ceramicii sunt mult îmbunătățite. Dispozitivele ceramice avansate preparate prin această metodă au proprietăți excelente, cum ar fi rezistență ridicată, tenacitate ridicată și duritate ridicată”, a declarat Wang Sikai.