ผงนาโนเซอร์โคเนีย: วัสดุใหม่สำหรับ “เบื้องหลัง” โทรศัพท์มือถือ 5G

ที่มา: Science and Technology Daily: กระบวนการผลิตแบบดั้งเดิมของผงเซอร์โคเนียจะผลิตของเสียจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งน้ำเสียที่มีความเข้มข้นต่ำในปริมาณมาก ซึ่งยากต่อการบำบัด ทำให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างร้ายแรง การบดด้วยลูกบอลพลังงานสูงเป็นเทคโนโลยีการเตรียมวัสดุที่ประหยัดพลังงานและมีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถปรับปรุงความแน่นและการกระจายตัวของเซรามิกเซอร์โคเนีย และมีแนวโน้มการใช้งานในอุตสาหกรรมที่ดี ด้วยการถือกำเนิดของเทคโนโลยี 5G สมาร์ทโฟนได้เปลี่ยน "อุปกรณ์" ของตัวเองอย่างเงียบๆ การสื่อสาร 5G ใช้สเปกตรัมที่สูงกว่า 3 กิกะเฮิรตซ์ (Ghz) ​​และความยาวคลื่นคลื่นมิลลิเมตรนั้นสั้นมาก หากโทรศัพท์มือถือ 5G ใช้แบ็คเพลนโลหะ จะรบกวนหรือป้องกันสัญญาณอย่างร้ายแรง ดังนั้น วัสดุเซรามิกที่มีลักษณะไม่ป้องกันสัญญาณ ความแข็งสูง การรับรู้ที่แข็งแกร่ง และประสิทธิภาพความร้อนที่ยอดเยี่ยมใกล้เคียงกับวัสดุโลหะ จึงค่อยๆ กลายเป็นตัวเลือกที่สำคัญสำหรับบริษัทโทรศัพท์มือถือในการเข้าสู่ยุค 5G เป่าจินเซียว ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมองโกเลียใน กล่าวกับผู้สื่อข่าวว่า เนื่องจากวัสดุอโลหะอนินทรีย์ที่สำคัญ วัสดุเซรามิกใหม่จึงกลายเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับวัสดุแผงหลังของสมาร์ทโฟน ในยุค 5G แผงหลังของโทรศัพท์มือถือจำเป็นต้องได้รับการอัพเกรดอย่างเร่งด่วน หวัง ซิไค ผู้จัดการทั่วไปของ Inner Mongolia Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (ต่อไปนี้จะเรียกว่า Jingtao Zirconium Industry) กล่าวกับผู้สื่อข่าวว่า ตามข้อมูลที่เผยแพร่โดย Counterpoint ซึ่งเป็นสถาบันวิจัยที่มีชื่อเสียงระดับโลก ระบุว่าการจัดส่งสมาร์ทโฟนทั่วโลกจะสูงถึง 1,331 พันล้านเครื่องในปี 2020 ด้วยความต้องการเซรามิกเซอร์โคเนียที่เพิ่มขึ้นสำหรับแผงหลังโทรศัพท์มือถือ เทคโนโลยีการวิจัยและพัฒนาและการเตรียมการก็ดึงดูดความสนใจอย่างมากเช่นกัน ในฐานะวัสดุเซรามิกใหม่ที่มีเนื้อหาทางเทคนิคสูงมาก วัสดุเซรามิกเซอร์โคเนียสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรง ซึ่งวัสดุโลหะ วัสดุโพลีเมอร์ และวัสดุเซรามิกอื่นๆ ส่วนใหญ่ไม่สามารถทำได้ เซรามิกเซอร์โคเนียเป็นส่วนประกอบโครงสร้างที่ถูกนำไปใช้ในหลายอุตสาหกรรม เช่น พลังงาน อวกาศ เครื่องจักร ยานยนต์ การรักษาพยาบาล เป็นต้น และการบริโภคทั่วโลกต่อปีอยู่ที่มากกว่า 80,000 ตัน ด้วยการถือกำเนิดของยุค 5G อุปกรณ์เซรามิกได้แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบทางเทคโนโลยีที่มากขึ้นในการผลิตแผงหลังโทรศัพท์มือถือ และเซรามิกเซอร์โคเนียมีแนวโน้มการพัฒนาที่กว้างขึ้น “ประสิทธิภาพของเซรามิกเซอร์โคเนียขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของผงโดยตรง ดังนั้นการพัฒนาเทคโนโลยีการเตรียมผงประสิทธิภาพสูงที่ควบคุมได้ จึงกลายเป็นส่วนเชื่อมโยงที่สำคัญที่สุดในการเตรียมเซรามิกเซอร์โคเนียและการพัฒนาอุปกรณ์เซรามิกเซอร์โคเนียประสิทธิภาพสูง” หวัง ซิไค กล่าวอย่างตรงไปตรงมา วิธีการบดลูกบอลพลังงานสูงสีเขียวเป็นที่ต้องการอย่างมากจากผู้เชี่ยวชาญ การผลิตผงเซอร์โคเนียนาโนในประเทศส่วนใหญ่ใช้กระบวนการทางเคมีแบบเปียก และออกไซด์ของแรร์เอิร์ธใช้เป็นสารคงตัวเพื่อผลิตผงเซอร์โคเนียนาโน กระบวนการนี้มีลักษณะของกำลังการผลิตขนาดใหญ่และองค์ประกอบทางเคมีของผลิตภัณฑ์มีความสม่ำเสมอดี แต่ข้อเสียคือจะมีของเสียจำนวนมากเกิดขึ้นในกระบวนการผลิต โดยเฉพาะน้ำเสียที่มีความเข้มข้นต่ำในปริมาณมากซึ่งยากต่อการบำบัด และหากไม่ได้รับการจัดการอย่างถูกต้อง จะทำให้เกิดมลพิษร้ายแรงและความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมทางนิเวศวิทยา “ตามการสำรวจ ต้องใช้น้ำประมาณ 50 ตันในการผลิตผงเซรามิกเซอร์โคเนียที่เสถียรด้วยอิตเทรีย 1 ตัน ซึ่งจะผลิตน้ำเสียจำนวนมาก และการกู้คืนและบำบัดน้ำเสียจะเพิ่มต้นทุนการผลิตอย่างมาก” หวัง ซื่อไค กล่าว ด้วยการปรับปรุงกฎหมายคุ้มครองสิ่งแวดล้อมของจีน บริษัทต่างๆ ที่เตรียมผงเซอร์โคเนียนาโนด้วยวิธีเคมีแบบเปียกกำลังเผชิญกับความยากลำบากที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน ดังนั้นจึงมีความจำเป็นอย่างเร่งด่วนในการพัฒนาเทคโนโลยีการเตรียมผงเซอร์โคเนียนาโนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีต้นทุนต่ำ “ด้วยเหตุนี้ การเตรียมผงเซอร์โคเนียนาโนโดยใช้กระบวนการผลิตที่สะอาดกว่าและใช้พลังงานน้อยกว่าจึงกลายเป็นจุดศูนย์กลางของการวิจัย ซึ่งวิธีการบดลูกบอลพลังงานสูงเป็นที่ต้องการมากที่สุดจากวงการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี” นวนิยายของเป่าจิน การบดลูกบอลพลังงานสูงหมายถึงการใช้พลังงานกลเพื่อเหนี่ยวนำปฏิกิริยาเคมีหรือเหนี่ยวนำการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุ เพื่อเตรียมวัสดุใหม่ ในฐานะเทคโนโลยีใหม่ เห็นได้ชัดว่าสามารถลดพลังงานกระตุ้นปฏิกิริยา ปรับขนาดเกรน ปรับปรุงความสม่ำเสมอของการกระจายของอนุภาคผงได้อย่างมาก เพิ่มการรวมอินเทอร์เฟซระหว่างสารตั้งต้น ส่งเสริมการแพร่กระจายของไอออนของแข็ง และเหนี่ยวนำปฏิกิริยาเคมีที่อุณหภูมิต่ำ จึงปรับปรุงความแน่นและการกระจายตัวของวัสดุ เป็นเทคโนโลยีการเตรียมวัสดุที่ประหยัดพลังงานและมีประสิทธิภาพซึ่งมีแนวโน้มการใช้งานในอุตสาหกรรมที่ดี กลไกการลงสีที่เป็นเอกลักษณ์ช่วยสร้างเซรามิกที่มีสีสัน ในตลาดต่างประเทศ วัสดุผงนาโนเซอร์โคเนียได้เข้าสู่ขั้นตอนการพัฒนาอุตสาหกรรม หวัง ซิไค กล่าวกับผู้สื่อข่าวว่า “ในประเทศและภูมิภาคที่พัฒนาแล้ว เช่น สหรัฐอเมริกา ยุโรปตะวันตก และญี่ปุ่น ขนาดการผลิตของผงเซอร์โคเนียนาโนมีขนาดใหญ่ และข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ค่อนข้างสมบูรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริษัทข้ามชาติของอเมริกาและญี่ปุ่น มีข้อได้เปรียบในการแข่งขันที่ชัดเจนในสิทธิบัตรของเซรามิกเซอร์โคเนีย ตามที่หวัง ซิไค กล่าว ในปัจจุบัน อุตสาหกรรมการผลิตเซรามิกใหม่ของจีนอยู่ในขั้นตอนของการพัฒนาอย่างรวดเร็ว และความต้องการผงเซรามิกเพิ่มขึ้นทุกปี ดังนั้น จึงมีความเร่งด่วนมากขึ้นเรื่อยๆ ในการพัฒนากระบวนการผลิตของเซอร์โคเนียนาโนเมตรใหม่ ในช่วงสองปีที่ผ่านมา สถาบันวิจัยและบริษัทในประเทศบางแห่งได้เริ่มทำการวิจัยและผลิตผงเซอร์โคเนียนาโนด้วยตนเอง แต่การวิจัยและพัฒนาส่วนใหญ่ยังคงอยู่ในขั้นตอนการผลิตทดลองขนาดเล็กในห้องปฏิบัติการ โดยมีผลผลิตเพียงเล็กน้อยและมีความหลากหลาย ในโครงการ "ผงเซอร์โคเนียนาโนเอิร์ธหายากสี" ที่ดำเนินการโดยอุตสาหกรรมเซรามิกเซอร์โคเนีย ผงเซอร์โคเนียนาโนเตรียมโดยวิธีการทำปฏิกิริยาโซลิดสเตตแบบบดด้วยลูกบอลพลังงานสูง "ใช้น้ำเป็นตัวกลางในการบด และกลั่นอนุภาคเพื่อให้ได้ผงเมล็ดที่ไม่เกาะตัวกันขนาด 100 นาโนเมตร ซึ่งไม่มีมลพิษ ต้นทุนต่ำ และมีเสถียรภาพของแบทช์ที่ดี” เป่าซินกล่าว เทคโนโลยีการเตรียมไม่เพียงแต่สามารถตอบสนองความต้องการผงของแผ่นหลังเซรามิกโทรศัพท์มือถือ 5G วัสดุเคลือบป้องกันความร้อนสำหรับเครื่องยนต์กังหันเครื่องบิน ลูกบอลเซรามิก มีดเซรามิก และผลิตภัณฑ์อื่น ๆ เท่านั้น แต่ยังสามารถเผยแพร่และนำไปใช้ในการเตรียมผงเซรามิกเพิ่มเติม เช่น การเตรียมผงคอมโพสิตซีเรียมออกไซด์ ตามกลไกการลงสีที่พัฒนาขึ้นเอง ทีมงานด้านเทคนิคของ Ceramic Zirconium Industry ได้นำการสังเคราะห์เฟสแข็งและวิธีการผสมสำหรับการลงสีมาใช้โดยไม่ต้องใส่ไอออนโลหะพิเศษผ่านการปรับกระบวนการให้เหมาะสม เซรามิกเซอร์โคเนียที่เตรียมโดยใช้วิธีนี้ไม่เพียงแต่มีความอิ่มตัวของสีสูงและความสามารถในการเปียกที่ดีเท่านั้น แต่ยังไม่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติเชิงกลเดิมของเซรามิกเซอร์โคเนียอีกด้วย “ขนาดอนุภาคเดิมของผงเซอร์โคเนียดินหายากสีที่ผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีใหม่คือนาโนเมตร ซึ่งมีลักษณะของขนาดอนุภาคที่สม่ำเสมอ กิจกรรมการเผาสูง อุณหภูมิการเผาต่ำ และอื่น ๆ เมื่อเทียบกับกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิม การใช้พลังงานโดยรวมลดลงอย่างมาก ประสิทธิภาพการผลิตและผลผลิตของการประมวลผลเซรามิกได้รับการปรับปรุงอย่างมาก อุปกรณ์เซรามิกขั้นสูงที่เตรียมโดยวิธีนี้มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น ความแข็งแรงสูง ความเหนียวสูง และความแข็งสูง "หวัง ซื่อไค กล่าว