Dal laboratorio alla vita: come le perle di ceramica collegano tutto?
(1) Perle di ceramica resistenti all'usura
Materiali:Zirconia (ZrO₂), ossido di alluminio (Al₂O₃), carburo di silicio (SiC), nitruro di silicio (Si₃N₄).
Caratteristiche:Elevata durezza (ad esempio, la durezza delle perle di zirconia è seconda solo a quella del diamante), forte resistenza all'usura e resistenza alle alte temperature (le perle di ossido di alluminio possono sopportare temperature superiori a 1500 °C).
Applicazioni:Macinazione e dispersione ultrafine in settori quali rivestimenti, inchiostri, pesticidi e paste elettroniche.
Ad esempio, nei fragorosi macinatori di una fabbrica di rivestimenti, le perle di ceramica di zirconia si scontrano migliaia di volte al secondo per macinare materie prime come inchiostri e pesticidi fino a raggiungere la nanoscala. In un simile ambiente, le tradizionali perle di vetro si frantumerebbero nel giro di poche ore, mentre le perle di ceramica possono rimanere stabili come il Monte Tai e avere una durata di diversi anni. I dati mostrano che l'efficienza di macinazione può essere aumentata del 300% utilizzando perle di ceramica, riducendone al contempo i costi di oltre la metà.
(2) Perle di ceramica isolate
Materiali:Ossido di alluminio, talco, mullite, cordierite, forsterite.
Caratteristiche:Elevata resistenza di isolamento (>10¹²Ω·cm), resistenza all'alta tensione, resistenza alla corrosione.
Applicazioni:Incapsulamento di componenti elettronici, isolamento di apparecchiature ad alta tensione, supporto di intervalli per fili e cavi.
Ad esempio, nei dispositivi elettronici come smartphone e veicoli a energie rinnovabili, sono presenti numerosi circuiti e componenti ad alta tensione e alta corrente. Soprattutto in ambienti estremi, come alte temperature, elevata umidità, forti interferenze elettromagnetiche, ecc., vengono richiesti requisiti estremamente elevati per le prestazioni di isolamento dei dispositivi. Grazie alle loro eccellenti prestazioni isolanti, le perle ceramiche di allumina possono prevenire efficacemente il verificarsi di guasti come perdite elettriche e cortocircuiti. La loro resistenza di isolamento arriva fino a 10¹²Ω·cm, ovvero un milione di volte superiore a quella delle materie plastiche ordinarie, consentendo a dispositivi come smartphone e veicoli a energie rinnovabili di funzionare stabilmente anche in ambienti estremi.
(3) Perle di ceramica porosa
Materiali:Sabbia di corindone, carburo di silicio, cordierite, ossido di alluminio, diatomite.
Caratteristiche:Elevata porosità aperta (può raggiungere oltre il 50%), resistenza alle alte temperature e alle alte pressioni e resistenza alla corrosione acida e alcalina.
Applicazioni:Supporti per catalizzatori, filtrazione gas/liquidi, riempimento per bioreattori.
Esempio: ad esempio, nelle reazioni chimiche, le perle ceramiche porose in carburo di silicio non solo possono caricare il catalizzatore sulle pareti dei pori, formando microreattori in carburo di silicio altamente efficienti, ma anche trasferire efficacemente il calore di reazione, favorendo il progresso delle reazioni chimiche. Rispetto ai carrier metallici o ai carrier di ossido, le perle ceramiche porose in carburo di silicio possono mantenere meglio la stabilità della struttura del catalizzatore, prolungarne la durata utile, migliorare l'efficienza di reazione e la purezza dei prodotti, dimostrando ampie prospettive applicative.