Cirkonio nanomilteliai: nauja medžiaga 5G mobiliojo telefono „užkulisiams“

Šaltinis: „Science and Technology Daily“: Tradicinis cirkonio oksido miltelių gamybos procesas sukuria didelį kiekį atliekų, ypač didelį kiekį mažos koncentracijos šarminių nuotekų, kurias sunku valyti ir kurios sukelia didelę aplinkos taršą. Didelės energijos rutulinis malimas yra energiją taupanti ir efektyvi medžiagų paruošimo technologija, galinti pagerinti cirkonio oksido keramikos kompaktiškumą ir dispersiškumą bei turinti geras pramoninio pritaikymo perspektyvas. Atsiradus 5G technologijai, išmanieji telefonai tyliai keičia savo „įrangą“. 5G ryšys naudoja spektrą, viršijantį 3 gigahercus (GHz), o jo milimetrinių bangų ilgis yra labai trumpas. Jei 5G mobilusis telefonas naudoja metalinę galinę plokštę, tai rimtai trukdys arba ekranuos signalą. Todėl keraminės medžiagos, neturinčios signalo ekranavimo, pasižyminčios dideliu kietumu, stipriu suvokimu ir puikiomis šiluminėmis savybėmis, artimomis metalinėms medžiagoms, pamažu tapo svarbiu mobiliųjų telefonų bendrovių pasirinkimu žengiant į 5G erą. Vidinės Mongolijos mokslo ir technologijų universiteto profesorius Bao Jinxiao žurnalistams sakė, kad naujos keraminės medžiagos, kaip svarbi neorganinė nemetalinė medžiaga, tapo geriausiu išmaniųjų telefonų nugarėlių medžiagų pasirinkimu. 5G eroje mobiliųjų telefonų nugarėles reikia skubiai atnaujinti. Wang Sikai, Vidinės Mongolijos „Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd.“ (toliau – „Jingtao Zirconium Industry“) generalinis direktorius, žurnalistui sakė, kad, remiantis pasaulyje žinomos tyrimų įstaigos „Counterpoint“ paskelbtais duomenimis, pasaulinė išmaniųjų telefonų siunta 2020 m. pasieks 1,331 milijardo vienetų. Didėjant mobiliųjų telefonų nugarėlių gamyboje naudojamos cirkonio keramikos paklausai, jos moksliniai tyrimai ir plėtra bei paruošimo technologijos taip pat sulaukė didelio dėmesio. Kaip nauja keraminė medžiaga, pasižyminti itin aukštu techniniu turiniu, cirkonio keraminė medžiaga gali būti tinkama atšiaurioms darbo aplinkoms, kurioms metalinės medžiagos, polimerinės medžiagos ir dauguma kitų keraminių medžiagų nėra tinkamos. Kaip konstrukcinės dalys, cirkonio keramikos gaminiai buvo naudojami daugelyje pramonės šakų, tokių kaip energetika, aviacija ir kosmoso pramonė, mašinų gamyba, automobilių pramonė, medicininis gydymas ir kt., o pasaulinis metinis suvartojimas viršija 80 000 tonų. Prasidėjus 5G erai, keraminiai įrenginiai parodė didesnius technologinius pranašumus gaminant mobiliųjų telefonų plokštes, o cirkonio keramika turi platesnes plėtros perspektyvas. „Cirkonio keramikos našumas tiesiogiai priklauso nuo miltelių našumo, todėl kuriant valdomą didelio našumo miltelių paruošimo technologiją, ji tapo svarbiausia grandimi cirkonio keramikos gamyboje ir didelio našumo cirkonio keramikos įrenginių kūrime“, – atvirai sakė Wang Sikai. „Žaliasis didelės energijos rutulinis malimo metodas yra labai paklausus tarp ekspertų.“ Vietinėje cirkonio nanomiltelių gamyboje daugiausia naudojamas šlapias cheminis procesas, o retųjų žemių oksidas naudojamas kaip stabilizatorius cirkonio nanomiltelių gamybai. Šis procesas pasižymi dideliais gamybos pajėgumais ir geru produktų cheminių komponentų vienodumu, tačiau trūkumas yra tas, kad gamybos procese susidarys didelis kiekis atliekų, ypač didelis kiekis mažos koncentracijos šarminių nuotekų, kurias sunku valyti, o jei jos netinkamai tvarkomos, jos sukels didelę taršą ir žalą ekologinei aplinkai. „Remiantis tyrimu, vienai tonai itrio stabilizuotų cirkonio keramikos miltelių pagaminti reikia apie 50 tonų vandens, todėl susidarys didelis kiekis nuotekų, o nuotekų surinkimas ir valymas labai padidins gamybos sąnaudas“, – sakė Wang Sikai. Tobulėjant Kinijos aplinkos apsaugos įstatymams, įmonės, gaminančios cirkonio nanomiltelius šlapiu cheminiu metodu, susiduria su precedento neturinčiais sunkumais. Todėl reikia skubiai sukurti ekologišką ir nebrangią cirkonio nanomiltelių paruošimo technologiją. „Atsižvelgiant į tai, cirkonio nanomiltelių gamyba švaresniu ir mažiau energijos sunaudojančiu gamybos procesu tapo tyrimų centru, iš kurių mokslo ir technologijų sluoksniuose labiausiai pageidaujamas didelės energijos rutulinis malimo metodas.“ Bao Jin romanas. Didelės energijos rutulinis malimas reiškia mechaninės energijos naudojimą cheminėms reakcijoms sukelti arba medžiagų struktūros ir savybių pokyčiams, siekiant paruošti naujas medžiagas. Kaip nauja technologija, ji akivaizdžiai gali sumažinti reakcijos aktyvacijos energiją, pagerinti grūdelių dydį, gerokai pagerinti miltelių dalelių pasiskirstymo vienodumą, pagerinti sąsajos derinį tarp substratų, skatinti kietųjų jonų difuziją ir sukelti žemos temperatūros chemines reakcijas, taip pagerinant medžiagų kompaktiškumą ir dispersiškumą. Tai energiją taupanti ir efektyvi medžiagų paruošimo technologija, turinti geras pramoninio pritaikymo perspektyvas. Unikalus dažymo mechanizmas sukuria spalvingą keramiką. Tarptautinėje rinkoje cirkonio nanomiltelių medžiagos pasiekė pramoninės plėtros etapą. Wang Sikai žurnalistams sakė: „Išsivysčiusiose šalyse ir regionuose, tokiuose kaip Jungtinės Valstijos, Vakarų Europa ir Japonija, cirkonio nanomiltelių gamybos mastai yra dideli, o produkto specifikacijos yra gana išsamios. Ypač Amerikos ir Japonijos tarptautinės įmonės turi akivaizdžių konkurencinių pranašumų cirkonio keramikos patentavimo srityje. Pasak Wang Sikai, šiuo metu Kinijos naujoji keramikos gamybos pramonė sparčiai vystosi, o keramikos miltelių paklausa kasmet didėja, todėl vis skubiau reikia plėtoti naujų nanometrų cirkonio oksido gamybos procesą. Per pastaruosius dvejus metus kai kurie šalies tyrimų institutai ir įmonės taip pat pradėjo savarankiškai tirti ir gaminti cirkonio nanomiltelius, tačiau didžioji dalis tyrimų ir plėtros vis dar vyksta nedidelio masto bandomosios gamybos laboratorijoje etape, kai produkcija yra maža ir gaminama viena rūšis. Keramikos cirkonio pramonės įgyvendintame projekte „Spalvotų retųjų žemių cirkonio nanomilteliai“ cirkonio nanomilteliai buvo paruošti didelės energijos rutulinio malimo kietojo kūno reakcijos metodu.“ Vanduo naudojamas kaip malimo terpė dalelėms sumalti ir rafinuoti, kad susidarytų neaglomeruoti 100 grūdelių grūdelių milteliai. „Galima gauti nanometrus, o tai neteršia, yra maža kaina ir geras partijos stabilumas“, – sakė Bao Xin. Paruošimo technologija gali ne tik patenkinti 5G mobiliųjų telefonų keraminių plokščių, aviacijos turbinų variklių šilumos barjerinių dangų medžiagų, keraminių rutulių, keraminių peilių ir kitų gaminių miltelių reikalavimus, bet ir gali būti populiarinama bei taikoma ruošiant daugiau keraminių miltelių, tokių kaip cerio oksido kompoziciniai milteliai. Remdamasi savarankiškai sukurtu dažymo mechanizmu, „Ceramic Circonium Industry“ techninė komanda pasirinko kietosios fazės sintezės ir kompozicinį dažymo metodą, neįvedant papildomų metalo jonų, optimizuojant procesą. Šiuo metodu pagaminta cirkonio oksido keramika ne tik pasižymi dideliu spalvų sodrumu ir geru drėkinamumu, bet ir neturi įtakos pradinėms cirkonio oksido keramikos mechaninėms savybėms. „Pradinis spalvotų retųjų žemių cirkonio oksido miltelių, pagamintų naudojant naują technologiją, dalelių dydis yra nanometras, pasižymintis vienodu dalelių dydžiu, dideliu sukepinimo aktyvumu, žema sukepinimo temperatūra ir pan. Palyginti su tradiciniu gamybos procesu, žymiai sumažėja bendras energijos suvartojimas. Gamybos efektyvumas ir keramikos apdorojimo našumas labai pagerėja. „Šiuo metodu pagaminti pažangūs keraminiai įtaisai pasižymi puikiomis savybėmis, tokiomis kaip didelis stiprumas, didelis tvirtumas ir didelis kietumas“, – teigė Wang Sikai.