مسحوق الزركونيا النانوي: مادة جديدة لـ"خلف" هواتف الجيل الخامس

المصدر: صحيفة العلوم والتكنولوجيا اليومية: تُنتج عملية الإنتاج التقليدية لمسحوق الزركونيا كمية كبيرة من النفايات، وخاصةً مياه الصرف القلوية منخفضة التركيز التي يصعب معالجتها، مما يُسبب تلوثًا بيئيًا خطيرًا. تُعد عملية الطحن بالكرات عالية الطاقة تقنيةً موفرة للطاقة وفعالة لتحضير المواد، حيث تُحسّن من كثافة سيراميك الزركونيا وقابليته للتشتت، وتتمتع بآفاق تطبيقية صناعية واعدة. مع ظهور تقنية الجيل الخامس (5G)، تُغير الهواتف الذكية ببطء "معداتها". تستخدم اتصالات الجيل الخامس طيفًا يزيد عن 3 جيجاهرتز (Ghz)، وطول موجتها المليمترية قصير جدًا. إذا استخدم هاتف الجيل الخامس لوحة خلفية معدنية، فسيتداخل ذلك بشكل خطير مع الإشارة أو يحجبها. لذلك، أصبحت المواد الخزفية، التي تتميز بعدم وجود حجب للإشارة، وصلابة عالية، وإدراك قوي، وأداء حراري ممتاز، قريبة من المواد المعدنية، خيارًا مهمًا لشركات الهواتف المحمولة لدخول عصر الجيل الخامس. صرح باو جينشياو، الأستاذ بجامعة منغوليا الداخلية للعلوم والتكنولوجيا، للصحفيين بأن المواد الخزفية الجديدة، باعتبارها مادة غير عضوية غير معدنية مهمة، أصبحت الخيار الأمثل لمواد اللوحات الخلفية للهواتف الذكية. في عصر الجيل الخامس، تحتاج اللوحات الخلفية للهواتف المحمولة إلى ترقية عاجلة. صرح وانغ سيكاي، المدير العام لشركة جينغتاو زركونيوم إنديرا منغوليا المحدودة (المشار إليها فيما يلي باسم جينغتاو زركونيوم إنديرا)، للصحفيين أنه وفقًا للبيانات الصادرة عن كاونتربوينت، وهي مؤسسة بحثية مشهورة عالميًا، ستصل شحنات الهواتف الذكية العالمية إلى 1.331 مليار وحدة في عام 2020. مع تزايد الطلب على سيراميك الزركونيا المستخدم في اللوحات الخلفية للهواتف المحمولة، جذبت تقنية البحث والتطوير والتحضير الخاصة به أيضًا الكثير من الاهتمام. وباعتبارها مادة سيراميكية جديدة ذات محتوى تقني عالي للغاية، يمكن أن تكون مادة سيراميك الزركونيا قادرة على العمل في بيئات العمل القاسية التي لا تستطيع المواد المعدنية والمواد البوليمرية ومعظم المواد الخزفية الأخرى التعامل معها. كأجزاء هيكلية، استُخدمت منتجات سيراميك الزركونيا في العديد من الصناعات مثل الطاقة والفضاء والآلات والسيارات والعلاج الطبي، وما إلى ذلك، ويتجاوز الاستهلاك السنوي العالمي 80,000 طن. مع ظهور عصر الجيل الخامس، أظهرت الأجهزة الخزفية مزايا تكنولوجية أكبر في صنع اللوحات الخلفية للهواتف المحمولة، ويتمتع سيراميك الزركونيا بآفاق تطوير أوسع. "يعتمد أداء سيراميك الزركونيا بشكل مباشر على أداء المساحيق، لذا فإن تطوير تقنية تحضير قابلة للتحكم لمساحيق عالية الأداء، أصبح الرابط الأكثر أهمية في تحضير سيراميك الزركونيا وتطوير أجهزة سيراميك الزركونيا عالية الأداء." قال وانغ سيكاي بصراحة. إن طريقة طحن الكرات الخضراء عالية الطاقة مطلوبة بشدة من قبل الخبراء. يعتمد الإنتاج المحلي لمسحوق الزركونيا النانوي في الغالب على العملية الكيميائية الرطبة، ويُستخدم أكسيد الأرض النادرة كمثبت لإنتاج مسحوق الزركونيا النانوي. تتميز هذه العملية بسعة إنتاجية كبيرة وتوحيد جيد للمكونات الكيميائية للمنتجات، ولكن العيب هو أنه سيتم إنتاج كمية كبيرة من النفايات في عملية الإنتاج، وخاصة كمية كبيرة من مياه الصرف القلوية منخفضة التركيز والتي يصعب معالجتها، وإذا لم يتم التعامل معها بشكل صحيح، فسوف تسبب تلوثًا خطيرًا وضررًا بالبيئة البيئية. "وفقًا للمسح، يتطلب الأمر حوالي 50 طنًا من المياه لإنتاج طن واحد من مسحوق سيراميك الزركونيا المستقر بالإيتريا، مما سيؤدي إلى إنتاج كمية كبيرة من مياه الصرف الصحي، وستؤدي استعادة ومعالجة مياه الصرف الصحي إلى زيادة كبيرة في تكلفة الإنتاج" قال وانغ سيكاي. مع تحسّن قانون حماية البيئة في الصين، تواجه الشركات التي تُحضّر مسحوق الزركونيا النانوي بالطريقة الكيميائية الرطبة صعوبات غير مسبوقة. لذلك، ثمة حاجة مُلحّة لتطوير تقنية تحضير صديقة للبيئة ومنخفضة التكلفة لمسحوق الزركونيا النانوي. "في ظل هذه الظروف، أصبح تحضير مسحوق الزركونيا النانوي عبر عمليات إنتاج أنظف وأقل استهلاكًا للطاقة محورًا بحثيًا رئيسيًا، ومن بينها طريقة طحن الكرات عالية الطاقة التي تُعدّ الأكثر طلبًا في الأوساط العلمية والتكنولوجية." رواية باو جين. يشير طحن الكرات عالي الطاقة إلى استخدام الطاقة الميكانيكية لتحفيز التفاعلات الكيميائية أو إحداث تغييرات في بنية وخصائص المواد، وذلك لتحضير مواد جديدة. كتقنية جديدة، يُمكنها تقليل طاقة تنشيط التفاعل بشكل واضح، وتحسين حجم الحبيبات، وتحسين توزيع جزيئات المسحوق بشكل كبير، وتعزيز ترابط السطح البيني بين الركائز، وتعزيز انتشار الأيونات الصلبة، وتحفيز التفاعلات الكيميائية منخفضة الحرارة، وبالتالي تحسين تماسك المواد وقابليتها للتشتت. إنها تقنية تحضير مواد موفرة للطاقة وفعالة، ذات آفاق تطبيقية صناعية واعدة. آلية التلوين الفريدة تُنتج سيراميكًا ملونًا. في السوق العالمية، دخلت مواد مسحوق الزركونيا النانوية مرحلة التطوير الصناعي. صرح وانغ سيكاي للصحفيين: "في الدول والمناطق المتقدمة، مثل الولايات المتحدة وأوروبا الغربية واليابان، يتميز إنتاج مسحوق الزركونيا النانوي بضخامة حجمه، ومواصفات المنتج مكتملة نسبيًا. وتتمتع الشركات متعددة الجنسيات الأمريكية واليابانية، على وجه الخصوص، بمزايا تنافسية واضحة في مجال براءات اختراع سيراميك الزركونيا. ووفقًا لوانغ سيكاي، تشهد صناعة السيراميك الجديدة في الصين حاليًا تطورًا سريعًا، ويتزايد الطلب على مسحوق السيراميك عامًا بعد عام، مما يجعل تطوير عملية إنتاج زركونيا نانوية جديدة أمرًا ملحًا. في العامين الماضيين، بدأت بعض معاهد البحث والشركات المحلية أيضًا في إجراء أبحاث وإنتاج مسحوق الزركونيا النانوي بشكل مستقل، إلا أن معظم البحث والتطوير لا يزال في مرحلة الإنتاج التجريبي على نطاق صغير في المختبر، مع إنتاج محدود وتشكيلة واحدة. في مشروع "مسحوق الزركونيا النانوي الملون للأتربة النادرة" الذي تنفذه شركة صناعة سيراميك الزركونيا، تم تحضير مسحوق الزركونيا النانوي بطريقة تفاعل الحالة الصلبة باستخدام طحن الكرات عالي الطاقة". يُستخدم الماء. "كوسيط طحن لطحن وتكرير الجسيمات، بحيث يمكن الحصول على مسحوق حبيبات غير متكتل بحجم 100 نانومتر، وهو خالٍ من التلوث وتكلفة منخفضة واستقرار جيد للدفعة." صرح باو شين قائلاً: "لا تقتصر تقنية التحضير هذه على تلبية متطلبات مسحوق اللوحات الخلفية الخزفية للهواتف المحمولة بتقنية الجيل الخامس، ومواد طلاء الحاجز الحراري لمحركات توربينات الطيران، والكرات الخزفية، والسكاكين الخزفية، وغيرها من المنتجات فحسب، بل يمكن أيضاً تعميمها وتطبيقها في تحضير المزيد من مساحيق السيراميك، مثل مسحوق أكسيد السيريوم المركب. ووفقاً لآلية التلوين التي طورتها الشركة، اعتمد الفريق الفني في شركة صناعة سيراميك الزركونيوم طريقة التوليف والتركيب في الطور الصلب للتلوين دون إضافة أيونات معدنية إضافية من خلال تحسين العملية. تتميز سيراميك الزركونيا المُحضرة بهذه الطريقة بتشبع لوني عالي وقابلية جيدة للبلل، كما أنها لا تؤثر على الخصائص الميكانيكية الأصلية لسيراميك الزركونيا. "يبلغ حجم الجسيمات الأصلي لمسحوق الزركونيا الأرضية النادرة الملون المُنتج باستخدام هذه التقنية الجديدة نانومتراً، مما يتميز بحجم جسيمات موحد، ونشاط تلدين عالي، ودرجة حرارة تلدين منخفضة، وغيرها. وبالمقارنة مع عملية الإنتاج التقليدية، ينخفض ​​استهلاك الطاقة بشكل كبير، مما يحسن كفاءة الإنتاج وعائد معالجة السيراميك بشكل كبير. قال وانغ سيكاي: "تتميز الأجهزة الخزفية المتطورة المُعدّة بهذه الطريقة بخصائص ممتازة، مثل القوة العالية والمتانة العالية والصلابة العالية".