Нанопорошок цирконію: новий матеріал для мобільного телефону 5G

Джерело: Science and Technology Daily: Традиційний процес виробництва порошку цирконію призводить до утворення великої кількості відходів, особливо великої кількості низькоконцентрованих лужних стічних вод, які важко очищати, що спричиняє серйозне забруднення навколишнього середовища. Високоенергетичне кульове млиння – це енергозберігаюча та ефективна технологія підготовки матеріалів, яка може покращити компактність та дисперсність цирконієвої кераміки та має гарні перспективи промислового застосування. З появою технології 5G смартфони непомітно змінюють своє «обладнання». Зв'язок 5G використовує спектр вище 3 гігагерц (ГГц), а його міліметрова хвиля дуже коротка. Якщо мобільний телефон 5G використовує металеву задню панель, це серйозно перешкоджатиме сигналу або екрануватиме його. Тому керамічні матеріали з характеристиками відсутності екранування сигналу, високою твердістю, сильним сприйняттям та відмінними тепловими характеристиками, близькими до металевих матеріалів, поступово стали важливим вибором для компаній-виробників мобільних телефонів, які вступають в еру 5G. Бао Цзіньсяо, професор Науково-технічного університету Внутрішньої Монголії, розповів журналістам, що нові керамічні матеріали, як важливий неорганічний неметалевий матеріал, стали найкращим вибором для матеріалів для задніх панелей смартфонів. В епоху 5G задні панелі мобільних телефонів потребують термінового оновлення. Ван Сікай, генеральний директор Inner Mongolia Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (далі – Jingtao Zirconium Industry), розповів журналісту, що, згідно з даними, опублікованими Counterpoint, всесвітньо відомою дослідницькою установою, світові поставки смартфонів досягнуть 1,331 мільярда одиниць у 2020 році. Зі зростанням попиту на цирконієву кераміку, що використовується в задніх панелях мобільних телефонів, її дослідження, розробки та технології підготовки також привернули значну увагу. Як новий керамічний матеріал з надзвичайно високим технічним складом, цирконієва кераміка може бути придатною для суворих умов праці, для яких металеві, полімерні та більшість інших керамічних матеріалів не підходять. Як конструкційні деталі, керамічні вироби з цирконію застосовуються в багатьох галузях промисловості, таких як енергетика, аерокосмічна промисловість, машинобудування, автомобільна промисловість, медицина тощо, а світове річне споживання перевищує 80 000 тонн. З настанням ери 5G керамічні пристрої продемонстрували більші технологічні переваги у виготовленні задніх панелей мобільних телефонів, а цирконієва кераміка має ширші перспективи розвитку. «Характеристики цирконієвої кераміки безпосередньо залежать від характеристик порошків, тому розробка контрольованої технології приготування високопродуктивних порошків стала найважливішою ланкою у виробництві цирконієвої кераміки та розробці високопродуктивних цирконієвих керамічних пристроїв», – відверто сказав Ван Сікай. Екологічний метод високоенергетичного кульового помелу користується великим попитом серед експертів. Внутрішнє виробництво нанопорошку цирконію здебільшого здійснюється за допомогою мокрого хімічного процесу, а оксид рідкоземельних елементів використовується як стабілізатор для отримання нанопорошку цирконію. Цей процес характеризується великою виробничою потужністю та хорошою однорідністю хімічних компонентів продукції, але недоліком є ​​те, що в процесі виробництва утворюється велика кількість відходів, особливо велика кількість низькоконцентрованих лужних стічних вод, які важко очищати, і якщо з ними не поводитися належним чином, це спричинить серйозне забруднення та шкоду екологічному середовищу. «Згідно з опитуванням, для виробництва однієї тонни стабілізованого оксидом ітрію керамічного порошку цирконію потрібно близько 50 тонн води, що призведе до утворення великої кількості стічних вод, а відновлення та очищення стічних вод значно збільшать собівартість виробництва», – сказав Ван Сікай. З удосконаленням законодавства Китаю про охорону навколишнього середовища підприємства, що виготовляють нанопорошок цирконію мокрим хімічним методом, стикаються з безпрецедентними труднощами. Тому існує нагальна потреба в розробці екологічної та недорогої технології отримання нанопорошку цирконію. «На цьому тлі отримання нанопорошку діоксиду цирконію за допомогою чистішого та енергоємнішого виробничого процесу стало дослідницькою метою, серед яких метод високоенергетичного кульового помелу є найбільш затребуваним у наукових та технологічних колах». Роман Бао Цзіня. Високоенергетичне кульове помелу означає використання механічної енергії для індукції хімічних реакцій або для індукції змін у структурі та властивостях матеріалів, з метою отримання нових матеріалів. Як нова технологія, вона, очевидно, може зменшити енергію активації реакції, зменшити розмір зерен, значно покращити рівномірність розподілу частинок порошку, покращити комбінацію між підкладками, сприяти дифузії твердих іонів та індукувати низькотемпературні хімічні реакції, тим самим покращуючи компактність та диспергованість матеріалів. Це енергозберігаюча та ефективна технологія підготовки матеріалів з хорошими перспективами промислового застосування. Унікальний механізм фарбування створює барвисту кераміку. На міжнародному ринку нанопорошкові матеріали діоксиду цирконію вступили в стадію промислового розвитку. Ван Сікай заявив журналістам: «У розвинених країнах та регіонах, таких як Сполучені Штати, Західна Європа та Японія, масштаби виробництва нанопорошку цирконію великі, а специфікації продукції відносно повні. Особливо американські та японські багатонаціональні компанії мають очевидні конкурентні переваги у патентованій цирконієвій кераміці. За словами Ван Сікая, наразі нова керамічна промисловість Китаю перебуває на стадії швидкого розвитку, і попит на керамічний порошок зростає з року в рік, тому все більш нагальним є розробка виробничого процесу нового нанометрового цирконію. За останні два роки деякі вітчизняні дослідницькі інститути та підприємства також почали самостійно досліджувати та виробляти нанопорошок цирконію, але більшість досліджень та розробок все ще перебувають на стадії дрібномасштабного дослідницького виробництва в лабораторії, з невеликим обсягом виробництва та одним сортом. У проекті «Кольоровий нанопорошок рідкоземельного цирконію», що реалізується Ceramic Zirconia Industry, нанопорошок цирконію був отриманий методом твердофазної реакції високоенергетичного кульового млина». Вода використовується як подрібнювальне середовище для подрібнення та очищення частинок, завдяки чому утворюється неагломерований порошок зерен розміром 100 нанометрів. «можна отримати..., що не забруднює, має низьку вартість та добру стабільність партії», – сказав Бао Сінь. Технологія приготування не тільки відповідає вимогам до порошку керамічної задньої панелі мобільних телефонів 5G, матеріалів для термобар'єрного покриття авіаційних турбінних двигунів, керамічних кульок, керамічних ножів та інших виробів, але також може бути популяризована та застосована у виробництві інших керамічних порошків, таких як композитний порошок оксиду церію. Відповідно до самостійно розробленого механізму фарбування, технічна команда Ceramic Zirconium Industry застосувала твердофазний синтез та композитний метод фарбування без введення додаткових іонів металів завдяки оптимізації процесу. Цирконієва кераміка, виготовлена ​​цим методом, не тільки має високу насиченість кольору та добру змочуваність, але й не впливає на початкові механічні властивості цирконієвої кераміки. «Початковий розмір частинок кольорового порошку рідкоземельного цирконію, виготовленого за новою технологією, становить нанометр, що характеризується рівномірним розміром частинок, високою активністю спікання, низькою температурою спікання тощо. Порівняно з традиційним виробничим процесом, комплексне споживання енергії значно знижується. Ефективність виробництва та вихід керамічної обробки значно покращуються. «Удосконалені керамічні вироби, виготовлені цим методом, мають чудові властивості, такі як висока міцність, висока ударна в'язкість та висока твердість», – сказав Ван Сікай.