Zirkoniumnanopulver: Et nytt materiale for «bak» 5G-mobiltelefoner

Kilde: Science and Technology Daily: Den tradisjonelle produksjonsprosessen for zirkoniumpulver vil produsere en stor mengde avfall, spesielt den store mengden lavkonsentrert alkalisk avløpsvann som er vanskelig å behandle og forårsaker alvorlig miljøforurensning. Høyenergikulemalsing er en energisparende og effektiv materialforberedelsesteknologi som kan forbedre kompaktheten og dispergerbarheten til zirkoniumkeramikk og har gode industrielle anvendelsesmuligheter. Med fremveksten av 5G-teknologi endrer smarttelefoner stille sitt eget "utstyr". 5G-kommunikasjon bruker spekteret over 3 gigahertz (Ghz), og millimeterbølgelengden er svært kort. Hvis 5G-mobiltelefonen bruker et metallbakplan, vil det forstyrre eller skjerme signalet alvorlig. Derfor har keramiske materialer med egenskapene ingen signalskjerming, høy hardhet, sterk persepsjon og utmerket termisk ytelse nær metallmaterialer gradvis blitt et viktig valg for mobiltelefonselskaper som skal inn i 5G-æraen. Bao Jinxiao, professor ved Indre Mongolias universitet for vitenskap og teknologi, fortalte reportere at nye keramiske materialer, som et viktig uorganisk ikke-metallisk materiale, har blitt det beste valget for materialer til bakplater for smarttelefoner. I 5G-æraen må bakplater for mobiltelefoner oppgraderes raskt. Wang Sikai, daglig leder for Indre Mongolia Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (heretter referert til som Jingtao Zirconium Industry), fortalte reporteren at ifølge dataene som ble publisert av Counterpoint, en verdenskjent forskningsinstitusjon, vil de globale smarttelefonforsendelsene nå 1,331 milliarder enheter i 2020. Med den økende etterspørselen etter zirkoniumkeramikk brukt i bakplater for mobiltelefoner, har FoU- og forberedelsesteknologien også fått mye oppmerksomhet. Som et nytt keramisk materiale med ekstremt høyt teknisk innhold, kan zirkoniumkeramisk materiale være kompetent for det tøffe arbeidsmiljøet som metallmaterialer, polymermaterialer og de fleste andre keramiske materialer ikke er kompetente for. Som strukturelle deler har zirkoniumkeramiske produkter blitt brukt i mange bransjer som energi, luftfart, maskiner, biler, medisinsk behandling, etc., og det globale årlige forbruket er over 80 000 tonn. Med fremveksten av 5G-æraen har keramiske enheter vist større teknologiske fordeler i produksjonen av bakplater til mobiltelefoner, og zirkoniumkeramikk har et bredere utviklingsperspektiv. «Ytelsen til zirkoniumkeramikk avhenger direkte av ytelsen til pulver, så utviklingen av kontrollerbar fremstillingsteknologi for høyytelsespulver har blitt den viktigste koblingen i fremstillingen av zirkoniumkeramikk og utviklingen av høyytelses zirkoniumkeramiske enheter,» sa Wang Sikai ærlig. Grønn høyenergikulefresemetode er svært ettertraktet av eksperter. Innenlandsk produksjon av zirkonium-nanopulver benytter for det meste en våtkjemisk prosess, og sjeldne jordartsoksider brukes som stabilisator for å produsere zirkonium-nanopulver. Denne prosessen har egenskapene stor produksjonskapasitet og god ensartethet av kjemiske komponenter i produktene, men ulempen er at det vil produseres en stor mengde avfall i produksjonsprosessen, spesielt en stor mengde lavkonsentrert alkalisk avløpsvann som er vanskelig å behandle, og hvis det ikke håndteres riktig, vil det forårsake alvorlig forurensning og skade på det økologiske miljøet. «I følge undersøkelsen tar det omtrent 50 tonn vann å produsere ett tonn yttriumstabilisert zirkonium-keramisk pulver, som vil produsere en stor mengde avløpsvann, og gjenvinning og behandling av avløpsvann vil øke produksjonskostnadene betraktelig.» sa Wang Sikai. Med forbedringen av Kinas miljøvernlovgivning står bedriftene som fremstiller zirkonium-nanopulver ved hjelp av våtkjemisk metode overfor enestående vanskeligheter. Derfor er det et presserende behov for å utvikle en grønn og rimelig fremstillingsteknologi for zirkonium-nanopulver. «På denne bakgrunnen har det blitt et forskningsfokus å fremstille zirkonium-nanopulver gjennom en renere og lavere energiforbrukende produksjonsprosess, der høyenergikulefresing er den mest ettertraktede i vitenskapelige og teknologiske kretser.» Bao Jins roman. Høyenergikulefresing refererer til bruk av mekanisk energi for å indusere kjemiske reaksjoner eller for å indusere endringer i strukturen og egenskapene til materialer, for å fremstille nye materialer. Som en ny teknologi kan den åpenbart redusere reaksjonsaktiveringsenergien, raffinere kornstørrelsen, forbedre fordelingsuniformiteten til pulverpartikler betraktelig, forbedre grensesnittkombinasjonen mellom substrater, fremme diffusjonen av faste ioner og indusere kjemiske reaksjoner ved lav temperatur, og dermed forbedre kompaktheten og dispergerbarheten til materialer. Det er en energisparende og effektiv materialforberedelsesteknologi med gode industrielle anvendelsesutsikter. Unik fargemekanisme skaper fargerik keramikk. I det internasjonale markedet har zirkonium-nanopulvermaterialer gått inn i den industrielle utviklingsfasen. Wang Sikai fortalte reportere: «I utviklede land og regioner som USA, Vest-Europa og Japan er produksjonsskalaen for zirkonium-nanopulver stor, og produktspesifikasjonene er relativt komplette. Spesielt amerikanske og japanske multinasjonale selskaper har åpenbare konkurransefortrinn innen patentering av zirkonium-keramikk. Ifølge Wang Sikai er Kinas nye keramiske produksjonsindustri for tiden i en rask utviklingsfase, og etterspørselen etter keramisk pulver øker år for år, så det er mer og mer presserende å utvikle produksjonsprosessen for ny nanometerzirkonium. I løpet av de siste to årene har noen innenlandske forskningsinstitutter og bedrifter også begynt å uavhengig forske på og produsere zirkonium-nanopulver, men mesteparten av forskningen og utviklingen er fortsatt i fasen med småskala prøveproduksjon i laboratoriet, med liten produksjon og enkelt variant. I prosjektet «Color Rare Earth Zirconia Nanopowder» implementert av Ceramic Zirconia Industry, ble zirkonium-nanopulver fremstilt ved hjelp av høyenergi-kulemell-faststoffreaksjonsmetode.» Vann brukes som slipemedium for å male og raffinere partiklene, slik at ikke-agglomerert kornpulver med en størrelse på 100 nanometer kan oppnås, som er forurensningsfri, billig og har god batchstabilitet,» sa Bao Xin. Forberedelsesteknologien kan ikke bare oppfylle pulverkravene til keramisk bakplate for 5G-mobiltelefoner, termiske barrierebeleggmaterialer for flyturbinmotorer, keramiske kuler, keramiske kniver og andre produkter, men kan også populariseres og brukes i fremstillingen av flere keramiske pulvere, som for eksempel ceriumoksidkomposittpulverfremstilling. I henhold til den egenutviklede fargemekanismen har det tekniske teamet i Ceramic Zirconium Industry tatt i bruk fastfasesyntese og komposittmetode for farging uten å introdusere ekstra metallioner gjennom prosessoptimalisering. Zirkoniumkeramikken fremstilt med denne metoden har ikke bare høy fargemetning og god fuktbarhet, men påvirker heller ikke de opprinnelige mekaniske egenskapene til zirkoniumkeramikken. «Den opprinnelige partikkelstørrelsen til det fargede sjeldne jordartszirkoniumpulveret produsert basert på den nye teknologien er nanometer, som har egenskapene jevn partikkelstørrelse, høy sintringsaktivitet, lav sintringstemperatur og så videre. Sammenlignet med den tradisjonelle produksjonsprosessen reduseres det omfattende energiforbruket betydelig. Produksjonseffektiviteten og keramisk prosesseringsutbytte forbedres kraftig. De avanserte keramiske innretningene som er fremstilt med denne metoden har utmerkede egenskaper som høy styrke, høy seighet og høy hardhet, sa Wang Sikai.