نانوپودر زیرکونیا: ماده‌ای جدید برای «پشت» تلفن همراه 5G

منبع: Science and Technology Daily: فرآیند تولید سنتی پودر زیرکونیا مقدار زیادی زباله، به ویژه مقدار زیادی فاضلاب قلیایی با غلظت کم که تصفیه آن دشوار است و باعث آلودگی جدی محیط زیست می‌شود، تولید می‌کند. آسیاب گلوله‌ای پرانرژی یک فناوری آماده‌سازی مواد با صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کارآمد است که می‌تواند فشردگی و پراکندگی سرامیک‌های زیرکونیا را بهبود بخشد و چشم‌انداز کاربرد صنعتی خوبی دارد. با ظهور فناوری 5G، تلفن‌های هوشمند بی‌سروصدا در حال تغییر "تجهیزات" خود هستند. ارتباطات 5G از طیف بالای 3 گیگاهرتز (Ghz) ​​استفاده می‌کند و طول موج موج میلی‌متری آن بسیار کوتاه است. اگر تلفن همراه 5G از یک صفحه پشتی فلزی استفاده کند، به طور جدی با سیگنال تداخل یا آن را محافظت می‌کند. بنابراین، مواد سرامیکی با ویژگی‌های عدم محافظت از سیگنال، سختی بالا، درک قوی و عملکرد حرارتی عالی نزدیک به مواد فلزی، به تدریج به یک انتخاب مهم برای شرکت‌های تلفن همراه برای ورود به دوران 5G تبدیل شده‌اند. بائو جین‌شیائو، استاد دانشگاه علوم و فناوری مغولستان داخلی، به خبرنگاران گفت که مواد سرامیکی جدید به عنوان یک ماده غیرفلزی معدنی مهم، به بهترین انتخاب برای مواد پشت قاب تلفن‌های هوشمند تبدیل شده‌اند. در دوران 5G، پشت قاب تلفن همراه باید فوراً ارتقا یابد. وانگ سیکای، مدیر کل شرکت صنایع زیرکونیوم جینگتائو مغولستان داخلی (که از این پس با نام صنایع زیرکونیوم جینگتائو شناخته می‌شود)، به خبرنگار گفت که طبق داده‌های منتشر شده توسط Counterpoint، یک موسسه تحقیقاتی مشهور جهانی، میزان فروش جهانی تلفن‌های هوشمند در سال 2020 به 1.331 میلیارد دستگاه خواهد رسید. با افزایش تقاضا برای سرامیک زیرکونیا مورد استفاده در پشت قاب تلفن همراه، فناوری تحقیق و توسعه و آماده‌سازی آن نیز توجه زیادی را به خود جلب کرده است. به عنوان یک ماده سرامیکی جدید با محتوای فنی بسیار بالا، ماده سرامیکی زیرکونیا می‌تواند برای محیط کاری سختی که مواد فلزی، مواد پلیمری و اکثر مواد سرامیکی دیگر برای آن مناسب نیستند، مناسب باشد. به عنوان قطعات ساختاری، محصولات سرامیکی زیرکونیا در بسیاری از صنایع مانند انرژی، هوافضا، ماشین آلات، خودرو، درمان پزشکی و غیره کاربرد دارند و مصرف سالانه جهانی آن بیش از 80،000 تن است. با ظهور دوران 5G، دستگاه‌های سرامیکی مزایای تکنولوژیکی بیشتری را در ساخت تخته پشتی تلفن همراه نشان داده‌اند و سرامیک‌های زیرکونیا چشم‌انداز توسعه وسیع‌تری دارند. وانگ سیکای رک و پوست‌کنده گفت: «عملکرد سرامیک‌های زیرکونیا به طور مستقیم به عملکرد پودرها بستگی دارد، بنابراین توسعه فناوری آماده‌سازی قابل کنترل پودرهای با کارایی بالا، به مهمترین حلقه در تهیه سرامیک‌های زیرکونیا و توسعه دستگاه‌های سرامیکی زیرکونیای با کارایی بالا تبدیل شده است.» روش آسیاب گلوله‌ای پرانرژی سبز مورد توجه متخصصان قرار گرفته است. تولید داخلی نانوپودر زیرکونیا عمدتاً از فرآیند شیمیایی مرطوب استفاده می‌کند و از اکسید عناصر کمیاب به عنوان تثبیت‌کننده برای تولید نانوپودر زیرکونیا استفاده می‌شود. این فرآیند دارای ویژگی‌های ظرفیت تولید بالا و یکنواختی خوب اجزای شیمیایی محصولات است، اما عیب آن این است که مقدار زیادی زباله در فرآیند تولید تولید می‌شود، به ویژه مقدار زیادی فاضلاب قلیایی با غلظت کم که تصفیه آن دشوار است و اگر به درستی مدیریت نشود، باعث آلودگی جدی و آسیب به محیط زیست می‌شود. وانگ سیکای گفت: «طبق بررسی‌ها، برای تولید یک تن پودر سرامیکی زیرکونیای تثبیت‌شده با ایتریا حدود 50 تن آب لازم است که مقدار زیادی فاضلاب تولید می‌کند و بازیابی و تصفیه فاضلاب هزینه تولید را به میزان زیادی افزایش می‌دهد.» با بهبود قانون حفاظت از محیط زیست چین، شرکت‌هایی که نانوپودر زیرکونیا را با روش شیمیایی مرطوب تهیه می‌کنند، با مشکلات بی‌سابقه‌ای روبرو هستند. بنابراین، نیاز مبرمی به توسعه یک فناوری آماده‌سازی سبز و کم‌هزینه نانوپودر زیرکونیا وجود دارد. «با توجه به این پیشینه، تهیه نانوپودر زیرکونیا با استفاده از فرآیند تولید پاک‌تر و کم‌مصرف‌تر به یک نقطه کانونی تحقیقاتی تبدیل شده است که در میان آنها روش آسیاب گلوله‌ای پرانرژی بیشترین توجه محافل علمی و فناوری را به خود جلب کرده است.» رمان بائو جین. آسیاب گلوله‌ای پرانرژی به استفاده از انرژی مکانیکی برای القای واکنش‌های شیمیایی یا القای تغییرات در ساختار و خواص مواد، به منظور تهیه مواد جدید اشاره دارد. به عنوان یک فناوری جدید، این فناوری می‌تواند انرژی فعال‌سازی واکنش را کاهش دهد، اندازه دانه را اصلاح کند، یکنواختی توزیع ذرات پودر را تا حد زیادی بهبود بخشد، ترکیب سطح مشترک بین زیرلایه‌ها را افزایش دهد، انتشار یون‌های جامد را ارتقا دهد و واکنش‌های شیمیایی در دمای پایین را القا کند، در نتیجه فشردگی و پراکندگی مواد را بهبود بخشد. این یک فناوری آماده‌سازی مواد با صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کارآمد با چشم‌انداز کاربرد صنعتی خوب است. مکانیسم رنگ‌آمیزی منحصر به فرد، سرامیک‌های رنگارنگ ایجاد می‌کند. در بازار بین‌المللی، مواد نانوپودر زیرکونیا وارد مرحله توسعه صنعتی شده‌اند. وانگ سیکای به خبرنگاران گفت: «در کشورهای توسعه‌یافته و مناطقی مانند ایالات متحده، اروپای غربی و ژاپن، مقیاس تولید نانوپودر زیرکونیا بزرگ و مشخصات محصول نسبتاً کامل است. به ویژه شرکت‌های چندملیتی آمریکایی و ژاپنی، مزایای رقابتی آشکاری در ثبت اختراع سرامیک‌های زیرکونیا دارند. به گفته وانگ سیکای، در حال حاضر، صنعت جدید تولید سرامیک چین در مرحله توسعه سریع قرار دارد و تقاضا برای پودر سرامیکی سال به سال در حال افزایش است، بنابراین توسعه فرآیند تولید زیرکونیای نانومتری جدید بیش از پیش ضروری است. در دو سال گذشته، برخی از مؤسسات و شرکت‌های تحقیقاتی داخلی نیز به طور مستقل شروع به تحقیق و تولید نانوپودر زیرکونیا کرده‌اند، اما بیشتر تحقیقات و توسعه هنوز در مرحله تولید آزمایشی در مقیاس کوچک در آزمایشگاه، با خروجی کم و تنوع واحد است. در پروژه «نانوپودر زیرکونیای خاکی کمیاب رنگی» که توسط صنایع سرامیک زیرکونیا اجرا شده است، نانوپودر زیرکونیا با روش واکنش حالت جامد آسیاب گلوله‌ای پرانرژی تهیه شد.» آب به عنوان واسطه آسیاب استفاده می‌شود. برای آسیاب کردن و پالایش ذرات، به طوری که پودر دانه‌ای غیر کلوخه شده با اندازه ۱۰۰ نانومتر به دست آید که بدون آلودگی، کم هزینه و دارای پایداری خوب در بسته‌بندی باشد. بائو شین گفت. این فناوری آماده‌سازی نه تنها می‌تواند نیازهای پودری تخته پشتی سرامیکی تلفن همراه 5G، مواد پوشش سد حرارتی برای موتورهای توربین هوایی، توپ‌های سرامیکی، چاقوهای سرامیکی و سایر محصولات را برآورده کند، بلکه می‌تواند در تهیه پودرهای سرامیکی بیشتری مانند آماده‌سازی پودر کامپوزیت اکسید سریم نیز رایج و مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به مکانیسم رنگ‌آمیزی خود توسعه‌یافته، تیم فنی صنعت زیرکونیوم سرامیک، سنتز فاز جامد و روش کامپوزیت را برای رنگ‌آمیزی بدون معرفی یون‌های فلزی اضافی از طریق بهینه‌سازی فرآیند اتخاذ کرد. سرامیک‌های زیرکونیای تهیه‌شده با این روش نه تنها اشباع رنگ بالا و ترشوندگی خوبی دارند، بلکه بر خواص مکانیکی اصلی سرامیک‌های زیرکونیا نیز تأثیری ندارند. "اندازه ذرات اولیه پودر زیرکونیای خاکی کمیاب رنگی تولید شده بر اساس فناوری جدید نانومتر است که دارای ویژگی‌های اندازه ذرات یکنواخت، فعالیت پخت بالا، دمای پخت پایین و غیره است. در مقایسه با فرآیند تولید سنتی، مصرف انرژی جامع به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. راندمان تولید و بازده پردازش سرامیک تا حد زیادی بهبود یافته است." وانگ سیکای گفت: «دستگاه‌های سرامیکی پیشرفته‌ای که با این روش تهیه می‌شوند، خواص بسیار خوبی مانند استحکام بالا، چقرمگی بالا و سختی بالا دارند.»