Tsirkooniumoksiidi nanopulber: uus materjal 5G mobiiltelefoni "tagaküljele"

Allikas: Science and Technology Daily: Traditsiooniline tsirkooniumoksiidi pulbri tootmisprotsess tekitab suures koguses jäätmeid, eriti suures koguses madala kontsentratsiooniga aluselist reovett, mida on raske puhastada ja mis põhjustab tõsist keskkonnareostust. Suure energiatarbega kuulveski on energiasäästlik ja tõhus materjali ettevalmistamise tehnoloogia, mis võib parandada tsirkooniumkeraamika kompaktsust ja hajutavust ning millel on head tööstusliku rakenduse väljavaated. 5G-tehnoloogia tulekuga muudavad nutitelefonid vaikselt oma "seadmeid". 5G-side kasutab spektrit üle 3 gigahertsi (GHz) ja selle millimeetrilaine lainepikkus on väga lühike. Kui 5G-mobiiltelefon kasutab metallist tagaplaati, häirib see signaali tõsiselt või varjab seda. Seetõttu on keraamilised materjalid, millel on signaali varjestuse puudumine, kõrge kõvadus, tugev taju ja suurepärane termiline jõudlus, mis on metallimaterjalidele lähedane, järk-järgult muutunud oluliseks valikuks mobiiltelefonifirmadele 5G ajastusse sisenemisel. Sise-Mongoolia teadus- ja tehnoloogiaülikooli professor Bao Jinxiao ütles ajakirjanikele, et olulise anorgaanilise mittemetallilise materjalina on uued keraamilised materjalid saanud parimaks valikuks nutitelefonide tagaplaatide materjalides. 5G ajastul tuleb mobiiltelefonide tagaplaate kiiresti uuendada. Sise-Mongoolia Jingtao tsirkooniumtööstuse Co., Ltd. (edaspidi Jingtao tsirkooniumtööstus) tegevjuht Wang Sikai ütles ajakirjanikule, et maailmakuulsa teadusasutuse Counterpoint avaldatud andmete kohaselt ulatub ülemaailmne nutitelefonide tarnimine 2020. aastal 1,331 miljardi ühikuni. Mobiiltelefonide tagaplaatides kasutatava tsirkooniumkeraamika nõudluse kasvades on selle teadus- ja arendustegevus ning ettevalmistustehnoloogia pälvinud suurt tähelepanu. Uue ja äärmiselt kõrge tehnilise sisaldusega keraamilise materjalina on tsirkooniumkeraamiline materjal pädev karmides töökeskkondades, milleks metallmaterjalid, polümeermaterjalid ja enamik teisi keraamilisi materjale ei sobi. Tsirkooniumkeraamikatooteid on konstruktsioonielementidena kasutatud paljudes tööstusharudes, näiteks energeetikas, lennunduses, masinaehituses, autotööstuses, meditsiinis jne, ning ülemaailmne aastane tarbimine on üle 80 000 tonni. 5G ajastu tulekuga on keraamilised seadmed näidanud mobiiltelefonide tagaplaatide valmistamisel suuremaid tehnoloogilisi eeliseid ning tsirkooniumkeraamikal on laiem arenguperspektiiv. „Tsirkooniumkeraamika jõudlus sõltub otseselt pulbri jõudlusest, seega on suure jõudlusega pulbrite kontrollitava valmistustehnoloogia väljatöötamine muutunud tsirkooniumkeraamika valmistamise ja suure jõudlusega tsirkooniumkeraamiliste seadmete arendamise kõige kriitilisemaks lüliks,“ ütles Wang Sikai avameelselt. „Roheline suure energiaga kuulveskiveski meetod on ekspertide seas väga nõutud.“ Tsirkooniumoksiidi nanopulbri kodumaine tootmine toimub enamasti märgkeemilisel meetodil ning tsirkooniumoksiidi nanopulbri tootmisel kasutatakse stabilisaatorina haruldaste muldmetallide oksiidi. Sellel protsessil on suur tootmisvõimsus ja toodete keemiliste komponentide hea ühtlus, kuid puuduseks on see, et tootmisprotsessis tekib suur hulk jäätmeid, eriti suur kogus madala kontsentratsiooniga aluselist reovett, mida on raske puhastada, ja kui seda ei käidelda õigesti, põhjustab see tõsist reostust ja kahju ökoloogilisele keskkonnale. „Uuringu kohaselt kulub ühe tonni ütriumiga stabiliseeritud tsirkooniumoksiidi keraamilise pulbri tootmiseks umbes 50 tonni vett, mis tekitab suures koguses reovett ning reovee taaskasutamine ja puhastamine suurendab oluliselt tootmiskulusid,“ ütles Wang Sikai. „Hiina keskkonnakaitseseaduse täiustumisega seisavad tsirkooniumoksiidi nanopulbrit märgkeemilisel meetodil valmistavad ettevõtted silmitsi enneolematute raskustega. Seetõttu on tungiv vajadus töötada välja roheline ja odav tsirkooniumoksiidi nanopulbri valmistustehnoloogia. „Selle taustal on tsirkooniumoksiidi nanopulbri valmistamisest saanud uurimiskeskus puhtama ja väiksema energiatarbega tootmisprotsessi abil, mille hulgas on teadus- ja tehnoloogiaringkondades kõige nõutum suure energiaga kuulveskiveski meetod.“ Bao Jini romaan. Suure energiaga kuulveskiveski viitab mehaanilise energia kasutamisele keemiliste reaktsioonide esilekutsumiseks või materjalide struktuuri ja omaduste muutuste esilekutsumiseks uute materjalide valmistamiseks. Uue tehnoloogiana saab see ilmselgelt vähendada reaktsiooni aktiveerimisenergiat, täpsustada tera suurust, parandada oluliselt pulbriosakeste jaotumise ühtlust, parandada aluspindade vahelist liideste kombinatsiooni, soodustada tahkete ioonide difusiooni ja esile kutsuda madala temperatuuriga keemilisi reaktsioone, parandades seeläbi materjalide kompaktsust ja dispergeeruvust. See on energiasäästlik ja tõhus materjalide ettevalmistamise tehnoloogia, millel on head tööstusliku rakenduse väljavaated. Ainulaadne värvimismehhanism loob värvika keraamika. Rahvusvahelisel turul on tsirkooniumoksiidi nanopulbri materjalid jõudnud tööstusliku arengu etappi. Wang Sikai ütles ajakirjanikele: „Arenenud riikides ja piirkondades, nagu Ameerika Ühendriigid, Lääne-Euroopa ja Jaapan, on tsirkooniumoksiidi nanopulbri tootmismaht suur ja tootespetsifikatsioonid on suhteliselt täielikud. Eriti Ameerika ja Jaapani rahvusvahelistel ettevõtetel on tsirkooniumkeraamika patendis ilmsed konkurentsieelised. Wang Sikai sõnul on Hiina uus keraamikatootmistööstus praegu kiire arengujärgus ja keraamilise pulbri nõudlus kasvab aasta-aastalt, seega on uue nanomeetrise tsirkooniumoksiidi tootmisprotsessi väljatöötamine üha pakilisem. Viimase kahe aasta jooksul on mõned kodumaised uurimisinstituudid ja ettevõtted hakanud iseseisvalt uurima ja tootma tsirkooniumoksiidi nanopulbrit, kuid suurem osa uurimis- ja arendustegevusest on endiselt väikesemahulise katsetootmise etapis laboris, väikese toodangu ja ühe sordiga. Keraamilise tsirkooniumoksiidi tööstuse ellu viidud projektis „Värviline haruldaste muldmetallide tsirkooniumoksiidi nanopulber“ valmistati tsirkooniumoksiidi nanopulber suure energiaga kuulveski jahvatamise tahkefaasilise reaktsioonimeetodi abil.“ Jahvatuskeskkonnana kasutatakse vett osakeste jahvatamiseks ja rafineerimiseks, nii et aglomeerimata teraviljapulber suurusega 100 „Nanomeetreid on võimalik saada, mis ei tekita saastet, on odav ja partii on stabiilsem,“ ütles Bao Xin. See valmistustehnoloogia mitte ainult ei vasta 5G mobiiltelefonide keraamiliste tagaplaatide, lennukiturbiinmootorite termilise barjäärikattematerjalide, keraamiliste kuulide, keraamiliste nugade ja muude toodete pulbrinõuetele, vaid seda saab ka populariseerida ja rakendada keraamiliste pulbrite, näiteks tseeriumoksiidi komposiitpulbri valmistamisel. Vastavalt ise väljatöötatud värvimismehhanismile võttis keraamilise tsirkooniumoksiidi tööstuse tehniline meeskond kasutusele tahkefaasilise sünteesi ja komposiitmeetodi värvimiseks ilma täiendavate metalliioonide lisamiseta protsessi optimeerimise kaudu. Selle meetodi abil valmistatud tsirkooniumkeraamikal pole mitte ainult kõrge värviküllastus ja hea märguvus, vaid see ei mõjuta ka tsirkooniumkeraamika algseid mehaanilisi omadusi. „Uue tehnoloogia abil toodetud värvilise haruldaste muldmetallide tsirkooniumoksiidi pulbri algne osakeste suurus on nanomeeter, millel on ühtlase osakeste suuruse, kõrge paagutamisaktiivsuse, madala paagutamistemperatuuri ja muu selline omadused. Võrreldes traditsioonilise tootmisprotsessiga väheneb oluliselt energiatarbimine. Tootmise efektiivsus ja keraamilise töötlemise saagis paranevad oluliselt. „Selle meetodi abil valmistatud täiustatud keraamilistel seadmetel on suurepärased omadused, nagu suur tugevus, suur sitkus ja suur kõvadus,“ ütles Wang Sikai.