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KEMET 提供介电技术

高性能电容解决方案供应商基美电子 (KEMET) 在其柔性端接 (FT-CAP) 产品组合中新增了 C0G 和超稳定 X8R 介电技术。这些技术符合 RoHS 标准且不含铅,适用于各种需要高效可靠性能的应用。

电子部件在各种汽车和其他严苛应用中经常承受剧烈振动和弯曲。此外,电路板组装过程中的不当操作可能会使这些部件承受极端弯曲和机械应力。在这些条件下,基美电子的柔性端接技术已被证明是降低多层陶瓷电容器 (MLCC) 损坏风险的有效解决方案。

基美电子陶瓷技术副总裁 Abhijit Gurav 博士表示,集成柔性端接技术的 C0G 型电容器性能卓越,电容稳定性高达约 125ºC。它们有助于满足音频、电源、移动通信、电信和汽车应用对高可靠性技术的需求。 Gurav 补充道,KEMET 的超稳定 X8R 型电容器非常适合高温应用,能够减少在处理、组装以及高达 150°C 的恶劣环境下,电路板在极端弯曲情况下可能产生的弯曲裂纹。

超稳定 X8R 电容器的温度性能与传统 X8R 电容器相似,但不会因施加直流电压而导致电容损失。该器件是高电容、大尺寸且电容稳定性较差的解决方案的理想替代方案。


陶瓷和玻璃溶胶-凝胶工艺研究报告

溶胶-凝胶工艺是一种使用化学前体的低温加工方法,与传统的高温方法相比,它能够生产出均匀性更好、纯度更高的陶瓷和玻璃。该方法可用于生产各种成分、不同形态的材料,包括多孔膜、单块和复合材料、涂层和薄膜、纤维和粉末。该工艺也非常适合生产有机或无机杂化材料。溶胶-凝胶技术的一个重要优势在于,它可以创造出传统工艺无法实现的组合物。此外,前驱体在分子尺度上的混合,最终产品中保持了均匀的混合物。

溶胶-凝胶衍生产品的主要应用领域之一是用于光学、电子和电光器件及元件的涂层和薄膜。它们还用于生产建筑和汽车应用的减反射涂层,以及用于金属、玻璃和其他基材的保护性和装饰性涂层。由溶胶-凝胶制成的复合粉末非常适合用作除草剂或农用化学品。

此外,该技术还可用于浸润纤维预制件以生产复合材料。近年来,溶胶-凝胶已在生物技术领域得到应用,包括药物输送、环境检测、生化过程监测和食品加工。


LiNbO3-二氧化硅玻璃陶瓷:频率转换的有前途的替代品?

二阶非线性光学特性是频率转换等应用的基础。玻璃陶瓷对于开发用于高功率激光装置的米级光学元件具有重要意义。

典型的结晶球晶。

现在,一个研究小组报道了一种可重复且快速制备透明玻璃陶瓷的技术,该技术通过相分离过程形成约30微米的结晶球形区域(称为球晶)。该小组采用一种从纳米到毫米尺度的原创多尺度方法进行了拉曼和二阶非线性研究。研究同时研究了材料的远场响应和单个晶粒的响应。这是首次将球晶结晶与三维各向同性的二阶非线性光信号联系起来。此外,研究人员提出了该信号起源的机制,并展示了一种在透明无机材料中实现各向同性频率转换的新方法。

这项研究是NANONLO欧洲项目MTKD-CT-2006-042301的一部分。该项目由法国和希腊科学家共同研发,旨在降低玻璃基质和球晶之间折射率反差的新型微晶玻璃,以制备完全透明的材料。该团队表示,这将是他们未来研究的重点。


陶瓷成就电子设备

如果没有陶瓷,近2万亿美元的全球电子产业将不复存在。陶瓷拥有广泛的电学特性,包括绝缘、半导体、超导、压电和磁性,这些特性对手机、电脑、电视和其他消费电子产品至关重要。全球电子陶瓷市场规模估计约为90亿美元。

陶瓷火花塞是一种电绝缘体,对社会产生了巨大的影响。它们最初发明于1860年,用于点燃内燃机的燃料,至今仍在用于此目的。其应用范围包括汽车、船舶发动机、割草机等。高压绝缘体使电力安全地输送到家庭和企业成为可能。

记住这个日期!

美国陶瓷学会 (ACerS) 电子与基础科学分部将于 2013 年 1 月 23 日至 25 日在佛罗里达州奥兰多举办 2013 年电子材料与应用大会。EMA 2013 将重点关注
用于能源生成、转换和存储应用的电子材料。

陶瓷提升天线性能

如果没有摩根先进陶瓷公司 (Morgan Advanced Ceramics) 为领先的微型天线专家 Sarantel 开发的特殊陶瓷,下一代手机天线将无法实现。Sarantel 的 PowerHelix 系列采用专利设计,将铜轨道沉积在小型陶瓷圆柱体上,并单独自动进行激光微调,以获得最佳频率响应。

目前,这种类型的天线用于 GPS 应用,其零接地平面可节省手持和便携式设备的空间。当并排安装时,天线还可以用于蓝牙和 GPS 等组合应用,而不会降低性能。然而,PowerHelix 系列可能在手机市场中发挥最大的作用。根据美国的E-911立法,GPS接收器即将强制要求内置于手机中,以便该技术能够帮助紧急服务部门更有效地响应遇险呼叫。3G移动网络和Wi-Fi网络也是潜在的应用领域。

关于使用手机对健康影响的持续争论是另一个重要问题。根据比能量吸收率(SAR)定义的国际安全法规鼓励优化用户头部辐射功率与吸收功率的比率。获得专利的PowerHelix天线设计显著降低了电流损耗,从而避免了在用户皮肤上形成入射磁场。一种特殊的陶瓷材料的应用使得制造天线的辐射量仅为其他系统辐射量的5%。

陶瓷材料助力晶体管发展

英特尔正在将新型高介电陶瓷和金属材料相结合,以构建其45纳米晶体管的绝缘壁和开关栅极。晶体管是处理数字世界中“1”和“0”的微型开关。栅极控制晶体管的开关,栅极电介质是位于其下方的绝缘体,将晶体管与电流通道隔开。

下一代多核处理器将包含数亿个这样的微型晶体管(或称开关),从而实现创纪录的PC、笔记本电脑和服务器处理器速度。通过用更厚的铪基氧化物材料替代传统的介电材料,晶体管栅极漏电流可降低10倍以上,晶体管尺寸可以更小,从而使晶体管密度提高约两倍。

当铪陶瓷与兼容的金属栅极结合时,驱动电流可提高20%以上(晶体管性能更高),源漏漏电流可降低5倍以上,从而提高晶体管的能效。更小的晶体管尺寸意味着有效开关功耗可降低约30%。


玻璃和耐火材料行业的新闻

• Ardagh Group 将以8.8亿美元的价格收购(从Wayzata Investment Partners手中)美国Anchor Glass Container Corp.。该交易预计将于2012年8月底完成。Anchor是美国第三大玻璃容器制造商,其在美国的八家工厂每年生产56亿个容器。

• 根据美国劳工统计局发布的最新生产者价格指数报告,平板玻璃价格在2012年5月保持不变后,于2012年6月上涨了0.1%。总体而言,从2011年6月到2012年6月,平板玻璃价格上涨了1.4%。

• 现已正式宣布:Vitro的西班牙子公司Vitro Cristalglass已宣布破产。该公司表示,做出这一决定是由于欧洲经济危机,尤其是 Vitro Cristalglass 业务所在的建筑行业。

• Calderys B.V.(荷兰)已获得 Technip Benelux B.V. 的合同,将为 Technip 迄今为止建造的最大氢气重整装置提供详细工程设计和耐火材料供应,该装置最终将安装在俄罗斯的 LCC-RN Tuapse 炼油厂。

• 据报道,印度尼西亚 PT Krakatau Steel Corp. 计划建造一座价值 6.2181 亿美元的巨型高炉,目标是在 2015 年初投入运营。


遮阳板和半导体:陶瓷和织物编织的新应用和市场

将陶瓷与织物结合在一起的想法有点违反直觉。把硬材料和软线混合在一起?但这是真的,就像在圣代冰淇淋上放些花生一样——可以产生一种很棒的组合。实际上,如果只考虑几年前开发的一种应用,这其实并不完全违反直觉。这种应用在推出时一定让人难以置信:玻璃纤维。

有几组研究人员一直在尝试将陶瓷材料与织物混合,并产生了从相对简单到极其新颖和坚固的各种应用。

例如,在最简单的应用领域,现在市面上有一些衬衫声称其纱线中永久地加入了防晒材料。这对我来说似乎很棒。作为一名跑步者,并且已经与癌症抗争过一次,我非常注意(甚至有点偏执)日晒,在户外(即使游泳时)也穿长袖衬衫。棉质或棉混纺面料似乎能很好地阻挡阳光,但会像海绵一样吸汗。作为替代方案,我尝试过穿一些专为运动设计的轻质合成“吸湿排汗”衬衫,但我总是怀疑这种网状材料是否能阻挡所有的紫外线。

那是在我遇到 Coolibar 长袖运动衫之前。Coolibar 声称是第一家“使用含有氧化锌的专有面料开发 UPF 50+ 服装和帽子的公司,这种面料不会被皮肤吸收,不会磨损或洗掉,可以安全地反射所有紫外线。“Coolibar 还使用另一种含有 TiO2 的 UPF 50 面料制作服装。(UPF 名称是防晒霜 SPF 系统的面料必然结果。)Coolibar 表示,其面料已由独立实验室根据 ASTM(D6544 和 D123)和美国纺织化学家和染色师协会制定的测试和标签标准进行评估。我刚买了几件这样的衬衫,打算在夏天剩下的时间里试穿一下。

Coolibar 的服装是陶瓷科学与纺织品相结合的一个通俗易懂的例子。北卡罗来纳州立大学正在进行的一些工作更具突破性,并在 ACerS 的《公报》八月新刊上进行了报道,研究人员正在试验一些纺织品的新型陶瓷表面处理方法。

北卡罗来纳州立大学的一个研究小组正在利用原子层沉积技术,利用陶瓷纳米材料的导电和半导体特性来拓展传统纺织品的边界。北卡罗来纳州立大学的教授 Jesse S. Jur 和 Gregory N. Parsons 在《公报》的一篇报道中讨论了如何利用 ALD 工艺利用纺织品制造电子设备。他们指出,例如,ALD 可以用来创建响应式传感器的构建模块。Jur 和 Parsons 报告称:“原子层沉积 (ALD) 的纳米级表面覆盖使我们能够制造器件层,充分利用纺织品基材的高表面积和战略性结构-性能关系。这对于生成响应性材料至关重要,这些材料的电行为会在弯曲或暴露于某些化学物质时发生变化,也就是说,织物可以作为全纤维电子设备的平台。“ Jur 和 Parsons 详细介绍了一些正在研究的材料以及扩大高通量 ALD 技术规模所面临的挑战,并勾勒出表面改性纺织品(机织和非织造布)的应用前景,远远超出传统的服装、家具和防护罩。

Tiina Nypelö 和 Orlando J. Rojas 在 Bulletin 上发表的另一篇报道重点介绍了陶瓷材料和纤维素的结合,以创造新型功能化纤维。博士后学生Nypelö和另一位北卡罗来纳州立大学教授Rojas报告了在新兴纤维素基材料上应用粘土、碳酸钙、二氧化钛、二氧化硅和磁性粒子涂层的研究。他们描述了有机-无机混合纤维,可用于柔性印刷电子产品、电路板基座、传感器、执行器和电阻温度探测器,以及导电、磁性和压电薄膜。

因此,从衬衫到传感器,新兴的陶瓷-织物混搭似乎并不奇怪,而且其益处显而易见。


用于窗户的透明太阳能电池可发电

科学家们报告了一种新型透明太阳能电池的研发成果,这项进展有望使住宅和其他建筑物的窗户能够在发电的同时,仍能让人们看到外面的景象。他们的报告发表在《ACS Nano》杂志上。

杨阳、朱睿、保罗·S·韦斯及其同事解释说,全世界对所谓的聚合物太阳能电池(PSC)一直抱有浓厚的兴趣,这种电池由类似塑料的材料制成。PSC 重量轻、柔韧性好,可以低成本批量生产。这种兴趣也延伸到了透明 PSC 的生产。然而,之前的透明 PSC 版本存在许多缺点,该团队着手解决这些问题。

他们描述了一种新型 PSC,它主要通过吸收红外光而不是可见光来产生能量,这使得电池对人眼的透明度达到 66%。他们用一种光敏塑料制成了这种装置,这种塑料可以将红外光转化为电流。另一项突破是由银纳米线和二氧化钛纳米颗粒混合物制成的透明导体,它可以取代过去使用的不透明金属电极。这种复合电极还能通过溶液工艺经济地制造太阳能电池。作者提出,这种电池板可以用于智能窗户或便携式电子设备。


3D打印生物活性玻璃陶瓷在烧结过程中具有更高的稳定性

计算机模型 (a)、3D 打印坯体照片 (b) 以及烧结玻璃/HAp 复合材料结构照片(c,以 2 K/min 的速率加热至 750°C 后),用于测试 3D 打印工艺的可行性以及优化 HAp 含量的烧结模型。标签表示尺寸(单位:毫米)。

《美国陶瓷学会杂志》网站上一篇新的“Early View”文章的作者报道了他们发现的解决方案,该方案解决了由一种生物活性玻璃制成的大型复杂部件在烧结过程中出现的收缩和变形问题。

来自德国埃尔朗根-纽伦堡大学材料科学与工程系和柏林联邦材料研究与测试研究所的研究人员一直在研究如何提高3D打印“13-93”生物活性玻璃的性能和产量。他们表示,添加羟基磷灰石粉末,制成用于3D打印的玻璃陶瓷复合材料,可以使成品在烧结过程中比纯玻璃粉末更能保持关键形状和尺寸。

13-93是一种硅酸盐基玻璃,并不是什么新鲜事物,一些研究人员(例如Rahaman等人)已经普遍证明,13-93是关节置换和组织工程中非承重用途的良好候选材料。人们对13-93等生物活性玻璃的浓厚兴趣,很大程度上是由于这种材料具有加速人体自然愈合过程的明显能力。

不同的研究小组尝试使用不同的工艺来使用13-93粉末和线材创建坯体结构,包括相当精确的3D制造和精加工方法,例如选择性激光烧结。然而,一般来说,坯体越大越复杂,烧结就越困难。JACerS论文的作者报告称,这类部件“可能由于重力、表面张力、固有应变或温度和密度梯度而发生显著变形。这会使全等或净成形加工变得复杂。”

3D 加工的吸引力在于其能够实现高质量且易于复制的形状、孔径和分布等。

该德国团队的研究成果在于,他们发现,使用 40 wt% 晶体材料的 13-93/HAp 粉末混合物能够提供几何稳定性和粘性烧结的最佳组合。他们使用上图所示的复杂蜂窝状立方体结构测试了该配方,并对结果非常满意。他们指出:

“通过这种方式,在三个维度上获得了约 20.5 ± 0.5% 的整体轴向收缩率。蜂窝直径的复制精度为 15 ± 5%,因此,这种偏差很可能与打印过程和手动除粉引起的表面效应有关。单个蜂窝直径之间的比率(特定结构的指纹)的复制精度约为 2%。……这些数据表明,烧结后 3D 打印部件的复制效果非常好。”

此外,添加羟基磷灰石粉末似乎并没有增加生物玻璃的结晶倾向,而这又是一个可能改变该材料最初理想特性的问题。

作者认为,其他玻璃陶瓷复合材料候选材料也应该适合类似的生产方法。


用于中试工厂流体控制的陶瓷泵

无阀陶瓷泵专为中试工厂流体控制而设计。泵的内部组件采用蓝宝石般坚硬的材质,消除了依靠阀门和弹性体(柔性管和隔膜)输送流体的泵送系统常见的精度漂移。无阀旋转/往复式活塞设计无需使用止回阀,止回阀可能会随着时间的推移而堵塞、泄漏或失效。因此,流体控制无需维护,且无漂移,在数百万次循环中仍能保持 1% 或更高的精度。流量可通过标准工业控制协议进行机械和/或电子无级控制。流量控制不受粘度影响,从而提高了流量稳定性。我们提供各种型号的泵,每次分配量低至 5 µL,最高可达每分钟 4 L 的连续计量。


陶瓷气体扩散器的应用

数百年来,多孔石质扩散器一直被用于在各种应用中以高密度气相模式分散大量细小气泡。其应用范围广泛,从污水处理厂的氧气转移,到饮用水的臭氧消毒,再到制造工艺和地下水修复场所的挥发性有机化合物的去除等等。

陶瓷细气泡扩散器的形状和尺寸多种多样,从垂直运行的圆顶形和圆盘形,到水平运行的管状或棒状。陶瓷扩散器的材质范围广泛,从最初的多孔矿渣到如今的二氧化硅和高性能熔融氧化铝材料。陶瓷扩散器的演变源于对稳定运行以及与各种恶劣运行环境更高兼容性的需求。

典型的陶瓷管状扩散器和不同孔隙率的陶瓷圆顶细气泡扩散器适用于工业应用。

陶瓷扩散器最广泛的用途是生物处理应用,这类应用需要氧气与液体界面的高传质速率,例如污水处理。它们也用于臭氧气体对饮用水进行消毒。此类系统在欧洲已经应用了相当长一段时间,但在美国发展缓慢。部分原因是美国对新技术的接受速度较慢,以及更换现有基础设施的成本高昂。

陶瓷圆顶曝气器安装在现有系统的转换集管上,该系统最初设计用于水平式曝气器。在之前的运行中,集管上因水源中的矿物质含量而形成了微红色的锈迹。

非传统应用

与工艺技术中使用的所有设备和硬件一样,技术的改进为以前难以解决的替代应用奠定了基础。陶瓷细泡曝气器解决了一个问题,即处理受挥发性有机碳氢化合物污染的地下水。挥发性有机化合物 (VOC) 的来源多种多样,从地下油箱老化的加油站,到碳氢化合物、溶剂和其他污染物渗透到地下水位的工业或军事场所。

地下水修复更传统的方法是将受污染羽流中的地下水泵入水箱进行处理。挥发性有机化合物 (VOC) 挥发并去除后,水会被以闭环方式泵回地下。这种方法往往需要大量的资金和人力,但其设计简单,在许多应用中非常适用。

近年来,一种越来越被接受的方法是现场处理受碳氢化合物污染的地下水。这种方法是通过下井并测试地下水来确定受污染地下水羽流的范围。一旦确定了羽流的大小和范围,就可以使用井套管进行处理。

陶瓷管式扩散器设计为卧式装置,通常平行于容器底部安装。对于现场地下水应用,管式扩散器可以旋转并用作喷枪,插入井套管中。然后在扩散器的外部填充介质,并使用专用的填料进行密封,以最大限度地提高处理效率。扩散器连接到气源,例如空气、氧气、臭氧或其他有效修复过程所需的气体。

该系统的功能基于地下水与气体扩散器有效面积接触时的自然流动。介质通过减缓此类装置中气泡的上升速度,提供了额外的优势。所需井的数量取决于修复要求的严重程度、污染羽流的大小及其传播范围。

陶瓷扩散器也可用于废水处理应用中的pH值调节。这可以通过使用市售的二氧化碳源,并将气体与槽或罐中的流体接触来实现。

陶瓷细气泡扩散器可以产生大量气泡,从而与由此产生的表面积接触液体,以执行各种任务。

一些需要调节pH值的装置可能还会接触到烟气,烟气是制造或设施加热过程中燃烧产生的酸性副产品。侧流烟气可泵送至扩散器,并与电磁阀或驱动球阀以及pH控制器配合使用,在排放前达到目标pH值。在这种情况下,无需处理危险化学品,也无需承担后续成本,并且无需预先操作过程中产生的废弃副产品被重新利用,这可谓“绿色”应用。

细气泡扩散器也用于提高废水或工艺水流的溶解氧水平,然后再排放到市政系统或河道中。最终的溶解氧水平通常由现行的地方、区域或国家执法指南决定。

改造

陶瓷扩散器在系统升级时可以提供一种可行的硬件替代方案。许多老旧的装置通常采用管状或棒状扩散器,这些扩散器多年来一直是人们的首选。系统升级的主要障碍是需要将管道歧管和集管从设计用于水平式扩散器(管状)的系统重新格式化为可容纳垂直式(圆顶式)扩散器的系统。

该问题的一种方法是使用现有的歧管和集管系统,并安装管状替换集管适配器,该适配器可容纳多个陶瓷圆顶扩散器。拆除现有的管状扩散器,并将适配器“集管”旋入到位,垂直接口位于12点钟位置,以便进行最终安装。整个转换过程只需数小时即可完成,无需数周或数月。


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