Nanopolvere di zirconia: un nuovo materiale per i cellulari 5G

Fonte: Science and Technology Daily: Il tradizionale processo di produzione della polvere di zirconia produce una grande quantità di rifiuti, in particolare una grande quantità di acque reflue alcaline a bassa concentrazione, difficili da trattare e che causano un grave inquinamento ambientale. La macinazione a sfere ad alta energia è una tecnologia di preparazione dei materiali efficiente e a basso consumo energetico, che può migliorare la compattezza e la disperdibilità della ceramica di zirconia e ha buone prospettive di applicazione industriale. Con l'avvento della tecnologia 5G, gli smartphone stanno silenziosamente cambiando le proprie "apparecchiature". La comunicazione 5G utilizza lo spettro superiore a 3 gigahertz (Ghz) ​​e la sua lunghezza d'onda millimetrica è molto breve. Se il telefono cellulare 5G utilizza un backplane metallico, interferirà gravemente o schermerà il segnale. Pertanto, i materiali ceramici con le caratteristiche di nessuna schermatura del segnale, elevata durezza, forte percezione ed eccellenti prestazioni termiche simili ai materiali metallici sono gradualmente diventati una scelta importante per le aziende di telefonia mobile che entrano nell'era 5G. Bao Jinxiao, professore presso l'Università di Scienza e Tecnologia della Mongolia Interna, ha dichiarato ai giornalisti che, in quanto importante materiale inorganico non metallico, i nuovi materiali ceramici sono diventati la scelta migliore per i materiali dei pannelli posteriori degli smartphone. Nell'era del 5G, i pannelli posteriori dei telefoni cellulari devono essere aggiornati con urgenza. Wang Sikai, direttore generale di Inner Mongolia Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (di seguito denominata Jingtao Zirconium Industry), ha dichiarato ai giornalisti che, secondo i dati pubblicati da Counterpoint, un istituto di ricerca di fama mondiale, le spedizioni globali di smartphone raggiungeranno 1,331 miliardi di unità nel 2020. Con la crescente domanda di ceramiche di zirconia utilizzate nei pannelli posteriori dei telefoni cellulari, anche la sua ricerca e sviluppo e la tecnologia di preparazione hanno attirato molta attenzione. Essendo un nuovo materiale ceramico con un contenuto tecnico estremamente elevato, la ceramica di zirconia può essere adatta agli ambienti di lavoro difficili per i quali i materiali metallici, i materiali polimerici e la maggior parte degli altri materiali ceramici non sono adatti. Come componenti strutturali, i prodotti in zirconia ceramica sono stati applicati in molti settori, come quello energetico, aerospaziale, meccanico, automobilistico, medicale, ecc., e il consumo annuo globale supera le 80.000 tonnellate. Con l'avvento dell'era 5G, i dispositivi ceramici hanno mostrato maggiori vantaggi tecnologici nella produzione di schede madri per telefoni cellulari, e la zirconia ceramica ha una prospettiva di sviluppo più ampia. "Le prestazioni della zirconia ceramica dipendono direttamente dalle prestazioni delle polveri, quindi lo sviluppo di una tecnologia di preparazione controllabile di polveri ad alte prestazioni è diventato il collegamento più critico tra la preparazione della zirconia ceramica e lo sviluppo di dispositivi in ​​zirconia ceramica ad alte prestazioni", ha affermato Wang Sikai con franchezza. Il metodo di macinazione a sfere ad alta energia e rispettoso dell'ambiente è molto ricercato dagli esperti. La produzione nazionale di nanopolveri di zirconia adotta principalmente un processo chimico a umido, utilizzando ossidi di terre rare come stabilizzante. Questo processo offre un'elevata capacità produttiva e una buona uniformità dei componenti chimici dei prodotti, ma presenta lo svantaggio di generare una grande quantità di rifiuti, in particolare acque reflue alcaline a bassa concentrazione, difficili da trattare e che, se non gestite correttamente, causerebbero grave inquinamento e danni all'ambiente. "Secondo l'indagine, per produrre una tonnellata di polvere ceramica di zirconia stabilizzata con ittrio sono necessarie circa 50 tonnellate di acqua, il che genererebbe una grande quantità di acque reflue, il cui recupero e trattamento aumenterebbero notevolmente i costi di produzione", ha affermato Wang Sikai. Con il miglioramento della legge cinese sulla protezione ambientale, le aziende che preparano nanopolveri di zirconia con il metodo chimico a umido si trovano ad affrontare difficoltà senza precedenti. Pertanto, vi è un'urgente necessità di sviluppare una tecnologia di preparazione di nanopolveri di zirconia ecologica ed economica. "In questo contesto, la preparazione di nanopolveri di zirconia è diventata un punto di riferimento per la ricerca, attraverso un processo produttivo più pulito e a basso consumo energetico, tra cui il metodo di macinazione a sfere ad alta energia è il più ricercato dagli ambienti scientifici e tecnologici." Il romanzo di Bao Jin. La macinazione a sfere ad alta energia si riferisce all'uso di energia meccanica per indurre reazioni chimiche o per indurre cambiamenti nella struttura e nelle proprietà dei materiali, al fine di preparare nuovi materiali. Come nuova tecnologia, può ovviamente ridurre l'energia di attivazione della reazione, affinare la granulometria, migliorare notevolmente l'uniformità di distribuzione delle particelle di polvere, migliorare la combinazione di interfaccia tra i substrati, promuovere la diffusione di ioni solidi e indurre reazioni chimiche a bassa temperatura, migliorando così la compattezza e la disperdibilità dei materiali. Si tratta di una tecnologia di preparazione dei materiali efficiente e a basso consumo energetico, con buone prospettive di applicazione industriale. Un meccanismo di colorazione unico crea ceramiche colorate. Sul mercato internazionale, i materiali in nanopolveri di zirconia sono entrati nella fase di sviluppo industriale. Wang Sikai ha dichiarato ai giornalisti: "Nei paesi e nelle regioni sviluppate come gli Stati Uniti, l'Europa occidentale e il Giappone, la scala di produzione di nanopolveri di zirconia è ampia e le specifiche del prodotto sono relativamente complete. Soprattutto le multinazionali americane e giapponesi presentano evidenti vantaggi competitivi nel brevetto della ceramica di zirconia. Secondo Wang Sikai, attualmente la nuova industria manifatturiera cinese della ceramica è in una fase di rapido sviluppo e la domanda di polvere ceramica aumenta di anno in anno, quindi è sempre più urgente sviluppare il processo di produzione di nuova zirconia nanometrica. Negli ultimi due anni, anche alcuni istituti di ricerca e aziende nazionali hanno avviato la ricerca e la produzione indipendente di nanopolveri di zirconia, ma la maggior parte della ricerca e sviluppo è ancora in fase di produzione sperimentale su piccola scala in laboratorio, con una produzione limitata e un'unica varietà. Nel progetto "Nanopolveri di Zirconia Colorata a Terre Rare" implementato da Ceramic Zirconia Industry, la nanopolvere di zirconia è stata preparata mediante il metodo di reazione allo stato solido con macinazione a sfere ad alta energia." L'acqua viene utilizzata come mezzo di macinazione per macinare e raffinare le particelle, in modo da ottenere una polvere granulare non agglomerata con dimensioni di 100 nanometri, che non inquina, ha costi contenuti e ha una buona stabilità del lotto." Bao Xin ha affermato che la tecnologia di preparazione non solo soddisfa i requisiti di polvere per il pannello posteriore in ceramica dei telefoni cellulari 5G, i materiali di rivestimento a barriera termica per motori a turbina aeronautici, le sfere in ceramica, i coltelli in ceramica e altri prodotti, ma può anche essere diffusa e applicata nella preparazione di altre polveri ceramiche come la preparazione di polvere composita di ossido di cerio. In base al meccanismo di colorazione sviluppato internamente, il team tecnico di Ceramic Zirconium Industry ha adottato la sintesi in fase solida e un metodo composito per la colorazione senza l'introduzione di ioni metallici aggiuntivi attraverso l'ottimizzazione del processo. La ceramica di zirconia preparata con questo metodo non solo presenta un'elevata saturazione del colore e una buona bagnabilità, ma non influisce sulle proprietà meccaniche originali della ceramica di zirconia. "La granulometria originale della polvere di zirconia di terre rare colorata prodotta con la nuova tecnologia è nanometrica, il che presenta le caratteristiche di granulometria uniforme, elevata attività di sinterizzazione, bassa temperatura di sinterizzazione e così via. Rispetto al processo di produzione tradizionale, il consumo energetico complessivo è significativamente ridotto. L'efficienza produttiva e la resa della lavorazione della ceramica sono notevolmente migliorate. I dispositivi ceramici avanzati preparati con questo metodo presentano eccellenti proprietà, quali elevata resistenza, elevata tenacità ed elevata durezza", ha affermato Wang Sikai.