Nanoprah cirkonija: nov material za "za" mobilni telefon 5G

Vir: Science and Technology Daily: Tradicionalni proizvodni postopek cirkonijevega prahu ustvarja veliko količino odpadkov, zlasti veliko količino nizkokoncentrirane alkalne odpadne vode, ki jo je težko čistiti in povzroča resno onesnaževanje okolja. Visokoenergijsko mletje s kroglicami je energetsko varčna in učinkovita tehnologija priprave materialov, ki lahko izboljša kompaktnost in disperzibilnost cirkonijeve keramike ter ima dobre možnosti za industrijsko uporabo. S prihodom tehnologije 5G pametni telefoni tiho spreminjajo svojo "opremo". Komunikacija 5G uporablja spekter nad 3 gigaherci (Ghz), njena valovna dolžina milimetrskega valovanja pa je zelo kratka. Če mobilni telefon 5G uporablja kovinsko zadnjo ploščo, bo to resno motilo ali zaščitilo signal. Zato so keramični materiali z značilnostmi, da ne zaščitajo signala, imajo visoko trdoto, močno zaznavanje in odlične toplotne lastnosti, podobne kovinskim materialom, postopoma postali pomembna izbira za podjetja mobilnih telefonov, ki vstopajo v dobo 5G. Bao Jinxiao, profesor na Univerzi za znanost in tehnologijo Notranje Mongolije, je novinarjem povedal, da so novi keramični materiali kot pomemben anorganski nekovinski material postali najboljša izbira za table za pametne telefone. V dobi 5G je treba table za mobilne telefone nujno nadgraditi. Wang Sikai, generalni direktor podjetja Notranje Mongolije Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (v nadaljevanju Jingtao Zirconium Industry), je novinarjem povedal, da bodo po podatkih, ki jih je objavila svetovno priznana raziskovalna ustanova Counterpoint, svetovne pošiljke pametnih telefonov v letu 2020 dosegle 1,331 milijarde enot. Zaradi naraščajočega povpraševanja po cirkonijevi keramiki, ki se uporablja v tablah za mobilne telefone, je veliko pozornosti pritegnila tudi njena tehnologija raziskav in razvoja ter priprave. Kot nov keramični material z izjemno visoko tehnično vsebino je cirkonijev keramični material lahko primeren za zahtevna delovna okolja, za katera kovinski materiali, polimerni materiali in večina drugih keramičnih materialov niso primerni. Kot konstrukcijski deli se izdelki iz cirkonijeve keramike uporabljajo v številnih panogah, kot so energetika, vesoljska industrija, stroji, avtomobili, medicinska oskrba itd., svetovna letna poraba pa znaša več kot 80.000 ton. Z nastopom dobe 5G so keramične naprave pokazale večje tehnološke prednosti pri izdelavi ozadij za mobilne telefone, cirkonijeva keramika pa ima širše razvojne možnosti. »Zmogljivost cirkonijeve keramike je neposredno odvisna od zmogljivosti prahov, zato je razvoj nadzorovane tehnologije priprave visokozmogljivih prahov postal najpomembnejša povezava pri pripravi cirkonijeve keramike in razvoju visokozmogljivih cirkonijevih keramičnih naprav,« je odkrito dejal Wang Sikai. Zelena metoda visokoenergijskega krogličnega mletja je med strokovnjaki zelo iskana. Domača proizvodnja cirkonijevega nano prahu večinoma poteka po mokrem kemičnem postopku, pri čemer se kot stabilizator za proizvodnjo cirkonijevega nano prahu uporablja redkozemeljski oksid. Ta postopek ima veliko proizvodno zmogljivost in dobro enakomernost kemičnih sestavin izdelkov, vendar je pomanjkljivost ta, da v proizvodnem procesu nastane velika količina odpadkov, zlasti velika količina nizkokoncentrirane alkalne odpadne vode, ki jo je težko obdelati, in če se z njo ne ravna pravilno, povzroči resno onesnaženje in škodo okolju. »Glede na raziskavo je za proizvodnjo ene tone cirkonijevega keramičnega prahu, stabiliziranega z itrijem, potrebnih približno 50 ton vode, kar povzroči veliko količino odpadne vode, predelava in čiščenje odpadne vode pa bosta močno povečala proizvodne stroške,« je dejal Wang Sikai. Z izboljšanjem kitajske zakonodaje o varstvu okolja se podjetja, ki pripravljajo cirkonijev nano prah z mokro kemično metodo, soočajo z izjemnimi težavami. Zato je nujno treba razviti zeleno in cenovno ugodno tehnologijo priprave cirkonijevega nano prahu. „Glede na to je postala raziskovalna vroča točka priprava cirkonijevega nano-prahu s čistejšim in energetsko manj porabo proizvodnega procesa, med katerim je metoda visokoenergijskega krogličnega mletja najbolj iskana v znanstvenih in tehnoloških krogih.“ Bao Jinov roman. Visokoenergijsko kroglično mletje se nanaša na uporabo mehanske energije za sprožanje kemičnih reakcij ali za sprožanje sprememb v strukturi in lastnostih materialov, da se pripravijo novi materiali. Kot nova tehnologija lahko očitno zmanjša energijo aktivacije reakcije, izboljša velikost zrn, močno izboljša enakomernost porazdelitve delcev prahu, izboljša kombinacijo vmesnikov med substrati, spodbudi difuzijo trdnih ionov in sprožene nizkotemperaturne kemične reakcije, s čimer izboljša kompaktnost in disperzibilnost materialov. Gre za energetsko varčno in učinkovito tehnologijo priprave materialov z dobrimi možnostmi industrijske uporabe. Edinstven mehanizem barvanja ustvarja barvito keramiko. Na mednarodnem trgu so cirkonijevi nano-prahovi vstopili v fazo industrijskega razvoja. Wang Sikai je novinarjem povedal: »V razvitih državah in regijah, kot so Združene države Amerike, Zahodna Evropa in Japonska, je obseg proizvodnje cirkonijevega nano prahu velik, specifikacije izdelkov pa so relativno popolne. Predvsem ameriška in japonska multinacionalna podjetja imajo očitne konkurenčne prednosti pri patentiranju cirkonijeve keramike. Po besedah ​​Wanga Sikaija se kitajska nova keramična industrija trenutno hitro razvija, povpraševanje po keramičnem prahu pa se iz leta v leto povečuje, zato je vse bolj nujno razviti proizvodni proces novega nanometrskega cirkonija. V zadnjih dveh letih so nekateri domači raziskovalni inštituti in podjetja začeli samostojno raziskovati in proizvajati cirkonijev nano prah, vendar je večina raziskav in razvoja še vedno v fazi poskusne proizvodnje v majhnem obsegu v laboratoriju, z majhno proizvodnjo in eno samo sorto. V projektu »Barvni redkozemeljski cirkonijev nano prah«, ki ga izvaja Ceramic Zirconia Industry, je bil cirkonijev nano prah pripravljen z visokoenergijsko metodo mletja kroglic v trdnem stanju.« Kot mletni medij za mletje in rafiniranje delcev se uporablja voda, tako da nastane neaglomeriran zrnat prah z velikostjo 100 nanometrov. »Možno je dobiti ..., ki ne onesnažuje, je poceni in ima dobro stabilnost serije,« je dejal Bao Xin. Tehnologija priprave ne le izpolnjuje zahteve glede prahu za keramično zadnjo ploščo mobilnih telefonov 5G, toplotnoizolacijske premaze za letalske turbinske motorje, keramične kroglice, keramične nože in druge izdelke, temveč se lahko popularizira in uporablja tudi pri pripravi drugih keramičnih prahov, kot je kompozitni prah cerijevega oksida. V skladu z lastno razvitim mehanizmom barvanja je tehnična ekipa keramične cirkonijeve industrije sprejela trdnofazno sintezo in kompozitno metodo za barvanje brez vnosa dodatnih kovinskih ionov z optimizacijo procesa. Cirkonijeva keramika, pripravljena s to metodo, nima le visoke nasičenosti barv in dobre omočljivosti, temveč tudi ne vpliva na prvotne mehanske lastnosti cirkonijeve keramike. »Prvotna velikost delcev barvnega redkozemeljskega cirkonijevega prahu, proizvedenega na podlagi nove tehnologije, je nanometer, kar ima značilnosti enakomerne velikosti delcev, visoke aktivnosti sintranja, nizke temperature sintranja itd. V primerjavi s tradicionalnim proizvodnim postopkom se je celovita poraba energije znatno zmanjšala. Učinkovitost proizvodnje in izkoristek keramične obdelave sta se močno izboljšala. »Napredne keramične naprave, pripravljene s to metodo, imajo odlične lastnosti, kot so visoka trdnost, visoka žilavost in visoka trdota,« je dejal Wang Sikai.