Zirkoniumoxid-nanopulver: Ett nytt material för "bakom" 5G-mobiltelefoner

Källa: Science and Technology Daily: Den traditionella produktionsprocessen för zirkoniumpulver kommer att producera en stor mängd avfall, särskilt den stora mängden lågkoncentrerat alkaliskt avloppsvatten som är svårt att behandla och orsakar allvarlig miljöförorening. Högenergikulmalning är en energibesparande och effektiv materialberedningteknik som kan förbättra kompaktheten och dispergerbarheten hos zirkoniumkeramik och har goda industriella tillämpningsmöjligheter. Med tillkomsten av 5G-teknik byter smarta telefoner i tysthet ut sin egen "utrustning". 5G-kommunikation använder spektrumet över 3 gigahertz (Ghz), och dess millimetervåglängd är mycket kort. Om 5G-mobiltelefonen använder ett metallbakplan kommer det allvarligt att störa eller skärma signalen. Därför har keramiska material med egenskaper som ingen signalskärmning, hög hårdhet, stark uppfattning och utmärkt termisk prestanda nära metallmaterial gradvis blivit ett viktigt val för mobiltelefonföretag att gå in i 5G-eran. Bao Jinxiao, professor vid Inner Mongolia University of Science and Technology, berättade för reportrar att nya keramiska material, som ett viktigt oorganiskt icke-metalliskt material, har blivit det bästa valet för material för bakplattor till smartphones. I 5G-eran behöver bakplattor till mobiltelefoner uppgraderas snarast. Wang Sikai, chef för Inner Mongolia Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (nedan kallat Jingtao Zirconium Industry), berättade för reportern att enligt data från Counterpoint, en världsberömd forskningsinstitution, kommer de globala smartphone-leveranserna att nå 1,331 miljarder enheter år 2020. Med den ökande efterfrågan på zirkoniumkeramik som används i bakplattor till mobiltelefoner har dess FoU och bearbetningsteknik också väckt stor uppmärksamhet. Som ett nytt keramiskt material med extremt högt tekniskt innehåll kan zirkoniumkeramiskt material vara kompetent för den hårda arbetsmiljö som metallmaterial, polymermaterial och de flesta andra keramiska material inte är kompetenta för. Som strukturella delar har zirkoniumkeramikprodukter använts i många industrier såsom energi, flyg- och rymdindustrin, maskiner, bilindustrin, medicinsk behandling etc., och den globala årliga förbrukningen är över 80 000 ton. Med tillkomsten av 5G-eran har keramiska anordningar visat större tekniska fördelar vid tillverkning av mobiltelefoners bakplattor, och zirkoniumkeramik har bredare utvecklingsmöjligheter. ”Zirkoniumkeramikens prestanda beror direkt på pulvrets prestanda, så utvecklingen av kontrollerbar beredningsteknik för högpresterande pulver har blivit den viktigaste länken i beredningen av zirkoniumkeramik och utvecklingen av högpresterande zirkoniumkeramikanordningar”, sa Wang Sikai uppriktigt. Grön högenergikulmalningsmetod är mycket eftertraktad av experter. Inhemsk produktion av zirkoniumoxid-nanopulver använder mestadels våtkemiska processer, och sällsynt jordartsmetalloxid används som stabilisator för att producera zirkoniumoxid-nanopulver. Denna process har egenskaper som stor produktionskapacitet och god enhetlighet av de kemiska komponenterna i produkterna, men nackdelen är att en stor mängd avfall kommer att produceras i produktionsprocessen, särskilt en stor mängd lågkoncentrerat alkaliskt avloppsvatten som är svårt att behandla, och om det inte hanteras korrekt kommer det att orsaka allvarlig förorening och skador på den ekologiska miljön. ”Enligt undersökningen krävs det cirka 50 ton vatten för att producera ett ton yttriumstabiliserat zirkoniumoxidkeramikpulver, vilket kommer att producera en stor mängd avloppsvatten, och återvinning och behandling av avloppsvatten kommer att öka produktionskostnaden kraftigt”, sa Wang Sikai. I och med förbättringen av Kinas miljöskyddslag står företag som framställer zirkoniumoxid-nanopulver med våtkemisk metod inför exempellösa svårigheter. Därför finns det ett akut behov av att utveckla en grön och billig framställningsteknik för zirkoniumoxid-nanopulver. "Mot denna bakgrund har det blivit ett forskningsfokus att framställa zirkoniumoxid-nanopulver genom en renare och energieffektivare produktionsprocess, bland vilka högenergikulmalningsmetoden är den mest eftertraktade inom vetenskapliga och tekniska kretsar." Bao Jins roman. Högenergikulmalning avser användningen av mekanisk energi för att inducera kemiska reaktioner eller för att inducera förändringar i materialstrukturen och egenskaperna för att framställa nya material. Som en ny teknik kan den uppenbarligen minska reaktionsaktiveringsenergin, förfina kornstorleken, avsevärt förbättra fördelningsjämnheten hos pulverpartiklar, förbättra gränssnittskombinationen mellan substrat, främja diffusionen av fasta joner och inducera kemiska reaktioner vid låg temperatur, vilket förbättrar materialens kompakthet och dispergerbarhet. Det är en energibesparande och effektiv materialframställningsteknik med goda industriella tillämpningsmöjligheter. Unik färgmekanism skapar färgglad keramik. På den internationella marknaden har zirkoniumoxid-nanopulvermaterial gått in i den industriella utvecklingsstadiet. Wang Sikai berättade för reportrar: ”I utvecklade länder och regioner som USA, Västeuropa och Japan är produktionsskalan för zirkoniumnanopulver stor och produktspecifikationerna är relativt kompletta. Särskilt amerikanska och japanska multinationella företag har uppenbara konkurrensfördelar inom patentet för zirkoniumkeramik. Enligt Wang Sikai befinner sig Kinas nya keramiska tillverkningsindustri för närvarande i ett skede av snabb utveckling, och efterfrågan på keramiskt pulver ökar år för år, så det är mer och mer brådskande att utveckla produktionsprocessen för ny nanometerzirkonium. Under de senaste två åren har vissa inhemska forskningsinstitut och företag också börjat självständigt undersöka och producera zirkoniumnanopulver, men det mesta av forskningen och utvecklingen är fortfarande i skedet av småskalig provproduktion i laboratoriet, med liten produktion och en enda sort. I projektet ”Color Rare Earth Zirconia Nanopowder” som implementerats av Ceramic Zirconia Industry framställdes zirkoniumnanopulver med högenergikulmalning i fast tillstånd. ”Vatten används som malningsmedium för att mala och förfina partiklarna, så att icke-agglomererat kornpulver med en storlek på 100 nanometer kan erhållas, vilket är föroreningsfritt, till låg kostnad och har god batchstabilitet”, sa Bao Xin. Framställningstekniken kan inte bara uppfylla pulverkraven för keramiska bakplattor för 5G-mobiltelefoner, termiska barriärbeläggningsmaterial för flygturbinmotorer, keramiska bollar, keramiska knivar och andra produkter, utan kan också populariseras och tillämpas vid framställning av fler keramiska pulver, såsom ceriumoxidkompositpulverframställning. Enligt den egenutvecklade färgningsmekanismen har det tekniska teamet inom Ceramic Zirconium Industry antagit fastfassyntes och kompositmetod för färgning utan att introducera extra metalljoner genom processoptimering. Zirkoniumkeramiken som framställs med denna metod har inte bara hög färgmättnad och god vätbarhet, utan påverkar inte heller de ursprungliga mekaniska egenskaperna hos zirkoniumkeramik. ”Den ursprungliga partikelstorleken för det färgade sällsynta jordartsmetallzinkolikpulveret som produceras baserat på den nya tekniken är nanometer, vilket har egenskaperna enhetlig partikelstorlek, hög sintringsaktivitet, låg sintringstemperatur och så vidare. Jämfört med den traditionella produktionsprocessen minskas den omfattande energiförbrukningen avsevärt. Produktionseffektiviteten och det keramiska bearbetningsutbytet förbättras avsevärt. De avancerade keramiska anordningarna som framställs med denna metod har utmärkta egenskaper som hög hållfasthet, hög seghet och hög hårdhet, sa Wang Sikai.