Pó nano de zircônia: um novo material para o celular 5G

Fonte: Science and Technology Daily: O processo tradicional de produção de pó de zircônia produz uma grande quantidade de resíduos, especialmente a grande quantidade de águas residuais alcalinas de baixa concentração, que são difíceis de tratar, causando grave poluição ambiental. A moagem de bolas de alta energia é uma tecnologia de preparação de material eficiente e com economia de energia, que pode melhorar a compactação e a dispersibilidade da cerâmica de zircônia e tem boas perspectivas de aplicação industrial. Com o advento da tecnologia 5G, os smartphones estão mudando silenciosamente seus próprios "equipamentos". A comunicação 5G utiliza o espectro acima de 3 gigahertz (GHz), e seu comprimento de onda milimétrico é muito curto. Se o celular 5G usar um backplane metálico, ele interferirá seriamente ou bloqueará o sinal. Portanto, materiais cerâmicos com as características de ausência de blindagem de sinal, alta dureza, forte percepção e excelente desempenho térmico próximo aos materiais metálicos tornaram-se gradualmente uma escolha importante para as empresas de telefonia móvel que estão entrando na era 5G. Bao Jinxiao, professor da Universidade de Ciência e Tecnologia da Mongólia Interior, disse a repórteres que, como um importante material inorgânico não metálico, novos materiais cerâmicos se tornaram a melhor escolha para materiais de backboard de smartphones. Na era 5G, o backboard de celulares precisa ser atualizado urgentemente. Wang Sikai, gerente geral da Inner Mongolia Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (doravante denominada Jingtao Zirconium Industry), disse ao repórter que, de acordo com os dados divulgados pela Counterpoint, uma instituição de pesquisa de renome mundial, as remessas globais de smartphones chegarão a 1,331 bilhão de unidades em 2020. Com a crescente demanda por cerâmicas de zircônia usadas em backboards de celulares, sua P&D e tecnologia de preparação também atraíram muita atenção. Como um novo material cerâmico com conteúdo técnico extremamente alto, o material cerâmico de zircônia pode ser competente para o ambiente de trabalho severo para o qual materiais metálicos, materiais poliméricos e a maioria dos outros materiais cerâmicos não são competentes. Como peças estruturais, os produtos cerâmicos de zircônia têm sido aplicados em diversos setores, como energia, aeroespacial, máquinas, automóveis, tratamento médico, etc., e o consumo anual global é superior a 80.000 toneladas. Com o advento da era 5G, os dispositivos cerâmicos demonstraram maiores vantagens tecnológicas na fabricação de painéis de celulares, e a cerâmica de zircônia tem uma perspectiva de desenvolvimento mais ampla. "O desempenho da cerâmica de zircônia depende diretamente do desempenho dos pós, portanto, o desenvolvimento de tecnologia de preparação controlável de pós de alto desempenho tornou-se o elo mais crítico na preparação de cerâmicas de zircônia e no desenvolvimento de dispositivos cerâmicos de zircônia de alto desempenho", afirmou Wang Sikai, com franqueza. O método de moagem de bolas de alta energia verde é muito procurado por especialistas. A produção nacional de nanopó de zircônia adota principalmente o processo químico úmido, e o óxido de terras raras é usado como estabilizante para produzir nanopó de zircônia. Esse processo possui as características de grande capacidade de produção e boa uniformidade dos componentes químicos dos produtos, mas a desvantagem é que uma grande quantidade de resíduos será produzida no processo de produção, especialmente uma grande quantidade de águas residuais alcalinas de baixa concentração, que são difíceis de tratar e, se não forem manuseadas adequadamente, causarão poluição grave e danos ao meio ambiente. "De acordo com a pesquisa, são necessárias cerca de 50 toneladas de água para produzir uma tonelada de pó cerâmico de zircônia estabilizado com ítria, o que produzirá uma grande quantidade de águas residuais, e a recuperação e o tratamento de águas residuais aumentarão significativamente o custo de produção", disse Wang Sikai. Com o aprimoramento da lei de proteção ambiental da China, as empresas que preparam nanopó de zircônia pelo método químico úmido estão enfrentando dificuldades sem precedentes. Portanto, há uma necessidade urgente de desenvolver uma tecnologia de preparação de nanopó de zircônia verde e de baixo custo. Neste contexto, tornou-se um ponto de pesquisa para preparar nanopó de zircônia por meio de um processo de produção mais limpo e com menor consumo de energia, entre os quais o método de moagem de esferas de alta energia é o mais procurado pelos círculos científicos e tecnológicos. A moagem de esferas de alta energia refere-se ao uso de energia mecânica para induzir reações químicas ou para induzir mudanças na estrutura e propriedades dos materiais, de modo a preparar novos materiais. Como uma nova tecnologia, pode obviamente reduzir a energia de ativação da reação, refinar o tamanho do grão, melhorar significativamente a uniformidade da distribuição das partículas de pó, aprimorar a combinação da interface entre substratos, promover a difusão de íons sólidos e induzir reações químicas de baixa temperatura, melhorando assim a compactação e a dispersibilidade dos materiais. É uma tecnologia de preparação de materiais eficiente e com economia de energia, com boas perspectivas de aplicação industrial. Mecanismo de coloração exclusivo cria cerâmicas coloridas. No mercado internacional, os materiais de nanopó de zircônia entraram na fase de desenvolvimento industrial. Wang Sikai disse aos repórteres: “Em países e regiões desenvolvidos, como Estados Unidos, Europa Ocidental e Japão, a escala de produção de nanopó de zircônia é grande e as especificações do produto são relativamente completas. Especialmente as multinacionais americanas e japonesas têm vantagens competitivas óbvias no patenteamento de cerâmicas de zircônia. De acordo com Wang Sikai, atualmente, a nova indústria de fabricação de cerâmica da China está em rápido desenvolvimento, e a demanda por pó cerâmico aumenta a cada ano, tornando cada vez mais urgente o desenvolvimento do processo de produção de novas nanoesferas de zircônia. Nos últimos dois anos, alguns institutos de pesquisa e empresas nacionais também começaram a pesquisar e produzir nanopó de zircônia de forma independente, mas a maior parte da pesquisa e desenvolvimento ainda está na fase de produção experimental em pequena escala em laboratório, com pequena produção e variedade única. No projeto “Nanopó de Zircônia de Terras Raras Coloridas”, implementado pela Ceramic Zirconia Industry, o nanopó de zircônia foi preparado pelo método de reação em estado sólido de moagem de bolas de alta energia. A água é usada como meio de moagem para moer e refinar as partículas, de modo que se possa obter um pó de grãos não aglomerados com tamanho de 100 nanômetros, sem poluição, de baixo custo e com boa estabilidade de lote.” Bao Xin afirmou que a tecnologia de preparação não só atende aos requisitos de pó para painéis cerâmicos de celulares 5G, materiais de revestimento de barreira térmica para motores de turbina de aviação, esferas cerâmicas, facas cerâmicas e outros produtos, como também pode ser popularizada e aplicada na preparação de mais pós cerâmicos, como a preparação de pó composto de óxido de cério. De acordo com o mecanismo de coloração desenvolvido por nós mesmos, a equipe técnica da Ceramic Zirconia Industry adotou a síntese em fase sólida e o método composto para coloração sem a introdução de íons metálicos extras por meio da otimização do processo. As cerâmicas de zircônia preparadas por esse método não apenas apresentam alta saturação de cor e boa molhabilidade, como também não afetam as propriedades mecânicas originais da cerâmica de zircônia. "O tamanho original das partículas do pó de zircônia de terras raras colorido produzido com a nova tecnologia é nanométrico, o que apresenta as características de tamanho de partícula uniforme, alta atividade de sinterização, baixa temperatura de sinterização, etc. Comparado ao processo de produção tradicional, o consumo de energia abrangente é significativamente reduzido. A eficiência da produção e o rendimento do processamento cerâmico são significativamente melhorados." Os dispositivos cerâmicos avançados preparados por este método apresentam excelentes propriedades, como alta resistência, alta tenacidade e alta dureza", afirmou Wang Sikai.