Bột nano Zirconia: Một vật liệu mới cho “phía sau” điện thoại di động 5G

Nguồn: Science and Technology Daily: Quy trình sản xuất bột zirconia truyền thống sẽ tạo ra một lượng lớn chất thải, đặc biệt là lượng lớn nước thải kiềm nồng độ thấp khó xử lý, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nghiền bi năng lượng cao là công nghệ chuẩn bị vật liệu tiết kiệm năng lượng và hiệu quả, có thể cải thiện độ chặt và khả năng phân tán của gốm sứ zirconia và có triển vọng ứng dụng công nghiệp tốt. Với sự ra đời của công nghệ 5G, điện thoại thông minh đang âm thầm thay đổi "thiết bị" của riêng mình. Truyền thông 5G sử dụng phổ trên 3 gigahertz (Ghz) ​​và bước sóng milimet của nó rất ngắn. Nếu điện thoại di động 5G sử dụng mặt sau bằng kim loại, nó sẽ gây nhiễu hoặc che chắn tín hiệu nghiêm trọng. Do đó, vật liệu gốm có đặc điểm không che chắn tín hiệu, độ cứng cao, khả năng cảm nhận mạnh và hiệu suất nhiệt tuyệt vời gần với vật liệu kim loại đã dần trở thành lựa chọn quan trọng để các công ty điện thoại di động bước vào kỷ nguyên 5G. Bao Jinxiao, giáo sư tại Đại học Khoa học và Công nghệ Nội Mông, nói với các phóng viên rằng với tư cách là một vật liệu phi kim loại vô cơ quan trọng, vật liệu gốm mới đã trở thành lựa chọn tốt nhất cho vật liệu ốp lưng điện thoại thông minh. Trong kỷ nguyên 5G, ốp lưng điện thoại di động cần được nâng cấp khẩn cấp. Wang Sikai, tổng giám đốc của Inner Mongolia Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (sau đây gọi là Jingtao Zirconium Industry), nói với các phóng viên rằng theo dữ liệu do Counterpoint, một tổ chức nghiên cứu nổi tiếng thế giới, các lô hàng điện thoại thông minh toàn cầu sẽ đạt 1,331 tỷ chiếc vào năm 2020. Với nhu cầu ngày càng tăng đối với gốm sứ zirconia được sử dụng trong ốp lưng điện thoại di động, công nghệ R&D và chuẩn bị của nó cũng đã thu hút được nhiều sự chú ý. Là một vật liệu gốm mới có hàm lượng kỹ thuật cực cao, vật liệu gốm sứ zirconia có thể phù hợp với môi trường làm việc khắc nghiệt mà vật liệu kim loại, vật liệu polyme và hầu hết các vật liệu gốm khác không phù hợp. Là các bộ phận kết cấu, các sản phẩm gốm sứ zirconia đã được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp như năng lượng, hàng không vũ trụ, máy móc, ô tô, điều trị y tế, v.v. và mức tiêu thụ hàng năm trên toàn cầu là hơn 80.000 tấn. Với sự ra đời của kỷ nguyên 5G, các thiết bị gốm sứ đã cho thấy những lợi thế công nghệ lớn hơn trong việc sản xuất bảng mạch điện thoại di động và gốm sứ zirconia có triển vọng phát triển rộng hơn. “Hiệu suất của gốm sứ zirconia phụ thuộc trực tiếp vào hiệu suất của bột, do đó, việc phát triển công nghệ chế tạo có thể kiểm soát được của bột hiệu suất cao đã trở thành mắt xích quan trọng nhất trong quá trình chế tạo gốm sứ zirconia và phát triển các thiết bị gốm sứ zirconia hiệu suất cao. "Vương Tư Khải thẳng thắn nói. Phương pháp nghiền bi năng lượng cao xanh được các chuyên gia rất săn đón. Sản xuất bột nano zirconia trong nước chủ yếu áp dụng quy trình hóa học ướt và oxit đất hiếm được sử dụng làm chất ổn định để sản xuất bột nano zirconia. Quy trình này có đặc điểm là năng suất sản xuất lớn và tính đồng nhất tốt của các thành phần hóa học của sản phẩm, nhưng nhược điểm là sẽ tạo ra một lượng lớn chất thải trong quá trình sản xuất, đặc biệt là một lượng lớn nước thải kiềm có nồng độ thấp khó xử lý và nếu không được xử lý đúng cách sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng và gây tổn hại đến môi trường sinh thái. “Theo khảo sát, cần khoảng 50 tấn nước để sản xuất một tấn bột gốm zirconia ổn định bằng yttria, sẽ tạo ra một lượng lớn nước thải và việc thu hồi và xử lý nước thải sẽ làm tăng đáng kể chi phí sản xuất. "Vương Tư Khải cho biết. Với việc cải thiện luật bảo vệ môi trường của Trung Quốc, các doanh nghiệp chế biến bột nano zirconia bằng phương pháp hóa học ướt đang phải đối mặt với những khó khăn chưa từng có. Do đó, cần phải phát triển công nghệ chế biến bột nano zirconia xanh và chi phí thấp. “Trong bối cảnh này, việc chế tạo bột nano zirconia bằng quy trình sản xuất sạch hơn và tiêu thụ năng lượng thấp hơn đã trở thành điểm nóng nghiên cứu, trong đó phương pháp nghiền bi năng lượng cao được giới khoa học và công nghệ săn đón nhiều nhất. “Tiểu thuyết của Bao Jin. Nghiền bi năng lượng cao là việc sử dụng năng lượng cơ học để tạo ra các phản ứng hóa học hoặc tạo ra những thay đổi về cấu trúc và tính chất của vật liệu, để chế tạo vật liệu mới. Là một công nghệ mới, rõ ràng có thể làm giảm năng lượng hoạt hóa phản ứng, tinh chỉnh kích thước hạt, cải thiện đáng kể tính đồng nhất phân bố của các hạt bột, tăng cường sự kết hợp giao diện giữa các chất nền, thúc đẩy sự khuếch tán của các ion rắn và tạo ra các phản ứng hóa học ở nhiệt độ thấp, do đó cải thiện độ chặt và khả năng phân tán của vật liệu. Đây là công nghệ chế tạo vật liệu tiết kiệm năng lượng và hiệu quả với triển vọng ứng dụng công nghiệp tốt. Cơ chế tạo màu độc đáo tạo ra gốm sứ nhiều màu. Trên thị trường quốc tế, vật liệu bột nano zirconia đã bước vào giai đoạn phát triển công nghiệp. Vương Tư Khải nói với các phóng viên: “Ở các nước và khu vực phát triển như Hoa Kỳ, Tây Âu và Nhật Bản, quy mô sản xuất bột nano zirconia lớn và thông số kỹ thuật sản phẩm tương đối hoàn chỉnh. Đặc biệt là các công ty đa quốc gia của Mỹ và Nhật Bản, có lợi thế cạnh tranh rõ ràng trong bằng sáng chế gốm sứ zirconia. Theo Vương Tư Khải, hiện nay, ngành sản xuất gốm sứ mới của Trung Quốc đang trong giai đoạn phát triển nhanh chóng và nhu cầu về bột gốm sứ tăng lên theo từng năm, vì vậy việc phát triển quy trình sản xuất zirconia nanomet mới ngày càng cấp thiết. Trong hai năm qua, một số viện nghiên cứu và doanh nghiệp trong nước cũng đã bắt đầu tự nghiên cứu và sản xuất bột nano zirconia, nhưng hầu hết các nghiên cứu và phát triển vẫn đang trong giai đoạn sản xuất thử nghiệm quy mô nhỏ trong phòng thí nghiệm, với sản lượng nhỏ và giống đơn. Trong dự án “Bột nano zirconia đất hiếm màu” do Ngành công nghiệp gốm sứ zirconia thực hiện, bột nano zirconia được chế tạo bằng phương pháp phản ứng trạng thái rắn nghiền bi năng lượng cao. Nước được sử dụng làm môi trường nghiền để nghiền và tinh chế các hạt, do đó bột hạt không kết tụ với kích thước 100 nanomet có thể đạt được, không gây ô nhiễm, chi phí thấp và độ ổn định của mẻ tốt.” Bao Xin cho biết. Công nghệ chế biến không chỉ có thể đáp ứng các yêu cầu về bột của tấm nền gốm điện thoại di động 5G, vật liệu phủ rào cản nhiệt cho động cơ tua bin hàng không, bi gốm, dao gốm và các sản phẩm khác, mà còn có thể được phổ biến và ứng dụng trong chế biến nhiều loại bột gốm hơn như chế biến bột composite oxit xeri. Theo cơ chế tạo màu tự phát triển, nhóm kỹ thuật của Ceramic Zirconium Industry đã áp dụng phương pháp tổng hợp pha rắn và phương pháp composite để tạo màu mà không đưa thêm các ion kim loại thông qua quá trình tối ưu hóa. Gốm zirconia được chế biến theo phương pháp này không chỉ có độ bão hòa màu cao và khả năng thấm ướt tốt mà còn không ảnh hưởng đến các tính chất cơ học ban đầu của gốm zirconia. “Kích thước hạt ban đầu của bột zirconia đất hiếm màu được sản xuất dựa trên công nghệ mới là nanomet, có các đặc điểm là kích thước hạt đồng đều, hoạt động thiêu kết cao, nhiệt độ thiêu kết thấp, v.v. So với quy trình sản xuất truyền thống, mức tiêu thụ năng lượng toàn diện giảm đáng kể. Hiệu quả sản xuất và năng suất chế biến gốm được cải thiện rất nhiều. Các thiết bị gốm tiên tiến được chế tạo theo phương pháp này có các đặc tính tuyệt vời như độ bền cao, độ dẻo dai cao và độ cứng cao”, Vương Tư Khải cho biết.