Newsy

Ceramika może być podstawą innowacji w wielu branżach. Stosuje ją już telekomunikacja w smartfonach 5G czy zbrojeniówka w czołgach

2021-10-15  |  06:10
Mówi:dr hab. inż. Paulina Wiecińska, profesor Politechniki Warszawskiej, Katedra Technologii Chemicznej
dr inż. Paweł Falkowski, adiunkt w Katedrze Technologii Chemicznej, Politechnika Warszawska

Medycyna, elektronika, telekomunikacja czy przemysł zbrojeniowy oraz jądrowy – to dziedziny gospodarki, w których zastosowanie znajduje ceramika, dziś kojarzona głównie z materiałami budowlanymi czy akcesoriami do wnętrz. Co więcej, zaawansowana ceramika jest zaliczana do materiałów determinujących innowacyjność tych branż. Ceramiczne elementy w smartfonach pozwolą w pełni wykorzystać łączność w technologii 5G, a produkowane w drukarkach 3D ceramiczne protezy są dobrze przyjmowane przez organizm pacjenta. Rynek tego typu materiałów wzrośnie w ciągu kilku najbliższych lat o jedną trzecią.

Ceramika kojarzy nam się przede wszystkim z materiałami budowlanymi. W domach mamy dużo przedmiotów ceramicznych codziennego użytku, takich jak wazony z betonu architektonicznego, blaty kwarcowe czy po prostu filiżanki do kawy. Coraz częściej ceramikę możemy zastosować w medycynie, elektronice, telekomunikacji, a nawet w przemyśle jądrowym. Materiały ceramiczne pozyskujemy już nie z surowców naturalnych, lecz z proszków ceramicznych, które sami musimy zsyntezować – wyjaśnia w rozmowie z agencją Newseria Innowacje dr hab. inż. Paulina Wiecińska, profesor Politechniki Warszawskiej z Katedry Technologii Chemicznej. 

Współczesne materiały ceramiczne, nazywane ceramiką zaawansowaną, mają właściwości kluczowe dla wykorzystywania ich w innowacjach technologicznych. Są bardzo odporne na ekstremalne zmiany temperatury (2 tys. stopni C), ogniotrwałe, a także niezwykle twarde, wytrzymałe i odporne na ścieranie. Pozwala to wykorzystywać je na przykład w branży zbrojeniowej do tworzenia pancerzy w czołgach. Z uwagi na to, że dodatkowo są biokompatybilne, można je stosować w implantologii. Protezy wykonane z tych materiałów są dobrze tolerowane przez organizm, a przy tym odporne na zużycie mechaniczne, nawet jeśli wszczepiane są na przykład w stawach.

Wśród ceramiki znajdziemy też materiały, które są półprzewodnikami, podobnie jak krzem i german. Powłoki z ceramiki półprzewodnikowej możemy nanosić na szyby. Daje nam to taki efekt, że niwelujemy straty ciepła, oszczędzamy energię, a my po prostu czujemy komfort termiczny – wymienia prof. Paulina Wiecińska. – Jest to na dodatek materiał ferroelektryczny. Oznacza to, że nie przewodzi prądu, ale w pewnych warunkach ulega polaryzacji. Dzięki temu możemy go stosować w dronach, systemach komunikacji satelitarnej, nowoczesnych antenach, a także w smartfonach wykorzystujących łączność w technologii 5G.

Wykorzystanie ceramiki do odbioru sygnału w urządzeniach mobilnych pozwala na pracę w wyższym paśmie częstotliwości, nawet do 100 GHz. Jego użycie jest niezbędne do tego, by w pełni wykorzystać potencjał superszybkiej łączności 5G. W smartfonach są też montowane inne ceramiczne podzespoły, między innymi kondensatory. Oprócz posiadania właściwości wpływających na wydajność i szybkość przesyłania danych ceramika może poprawić bezpieczeństwo użytkowników.

Prowadzimy badania nad materiałami ferroelektrycznymi, które mogą być elastyczne. Ceramikę łączymy razem z polimerem i taki materiał – dzięki temu, że odpowiednio dobierzemy sobie surowce – może pracować w wysokich częstotliwościach, o których mówimy „terahercowe”. Trzeba podkreślić, że takie promieniowanie jest jednak bezpieczne dla komórek, w przeciwieństwie na przykład do promieniowania rentgenowskiego – wyjaśnia ekspertka Katedry Technologii Chemicznej PW.

Nasze badania mają na celu poszukiwanie nowych dróg formowania materiałów ceramicznych, które są bardziej przyjazne dla środowiska, ale także bardziej wydajne, ekonomiczne, czyli pozwalają nam nie tylko zaoszczędzić surowce, ale także czas – zauważa dr inż. Paweł Falkowski, adiunkt w Katedrze Technologii Chemicznej Politechniki Warszawskiej. – W tych badaniach poszukujemy nowych związków przyjaznych środowisku, pozyskiwanych z surowców odnawialnych, takich jak np. cukry, fruktoza, sacharoza, związków, które powszechnie używamy, a mają zastosowanie w technologii ceramiki. Związki z tej grupy siłą rzeczy są bardziej przyjazne dla nas, możemy je stosować bez obawy o nasze zdrowie, ponieważ w chemii stosujemy często różne związki, z którymi obcowanie potrafi spowodować podrażnienia skóry i które nie są przyjazne dla naszego organizmu.

W laboratoriach chemicznych materiał ten sprawdza się w zwiększaniu wydajności przeprowadzanych procesów. Przykładem mogą być zyskujące na popularności mikroreaktory ceramiczne.

– To niewielkie urządzenia z kanałami o średnicy 50–100 mikrometrów, w których można wydajnie prowadzić reakcje chemiczne. Tutaj reakcja zachodzi dużo szybciej i nawet jeżeli w przypadku jakiejś awarii czy wycieku mamy do czynienia z odczynnikami toksycznymi, to w takim mikroreaktorze, gdzie używamy mikroilości składników, siłą rzeczy negatywne efekty są zminimalizowane – zauważa dr inż. Paweł Falkowski, adiunkt w Katedrze Technologii Chemicznej Politechniki Warszawskiej. – Z kolei kaskady takich mikroreaktorów ceramicznych pozwalają uzyskać nam duże ilości produktu w relatywnie krótkim czasie. Materiały ceramiczne są też stosowane w konstrukcji reaktorów plazmowych np. do rozkładu niebezpiecznych, toksycznych gazów.

Okazuje się, że ceramika może być też przyszłością technologii druku przyrostowego. W kwietniu na rynku pojawiła się drukarka CeraFab Lab L30 firmy Lithoz, przeznaczona do drukowania z wykorzystaniem ceramiki tlenkowej. Kompaktowa drukarka 3D jest przeznaczona przede wszystkim dla branży biomedycznej, lotniczej czy elektronicznej i pozwala produkować elementy na małą skalę.

Wykorzystując pasty ceramiczne, możemy otrzymywać np. porowate materiały o ściśle zaprojektowanej porowatości i wielkości porów. Tego typu materiały mogą być stosowane zarówno jako podłoża do wzrostu komórek, jak i w przemyśle ciężkim do filtracji stopionych metali – podkreśla dr inż. Paweł Falkowski.

Według analityków Research and Markets światowy rynek zaawansowanej ceramiki wypracuje w 2027 roku przychody sięgające kwoty ponad 101 mld dol. W 2020 roku wycena wyniosła ponad 75 mld dol.

Innowacyjne zastosowanie ceramiki oraz badania prowadzone przez Katedrę Technologii Chemicznej Politechniki Warszawskiej były tematem Good Morning Science – comiesięcznego spotkania w ramach inicjatywy klubu Trend House założonego przez Fundację Venture Café Warsaw. Klub liczy dziś ponad 160 członków, ekspertów ze świata nauki, biznesu i ekosystemu innowacji. Jego misją jest łączenie innowatorów i rozwiązywanie ważnych problemów społecznych, ekonomicznych i technologicznych.

Czytaj także

Więcej ważnych informacji

Media i PR

Pandemia nie zachwiała pozycją polskich fabryk telewizorów. Na produkcję może wpłynąć brak komponentów z Azji i wzrost ich ceny

W Polsce co roku sprzedaje się ponad 2 mln nowych telewizorów, co – jak podaje Związek Cyfrowa Polska – plasuje nas pod tym względem na szóstym miejscu w Europie. Polska przoduje również w produkcji telewizorów na Starym Kontynencie. Na tutejszym rynku swoje odbiorniki składa kilka dużych, globalnych marek, a ich produkcja jest nawet ośmiokrotnie większa, niż jest w stanie przyjąć krajowy rynek. Zapotrzebowanie na rynkach zagranicznych mocno zwiększyła pandemia, chociaż dziś sytuacja wraca do stanu z 2019 roku. Jednym z głównych tego typu zakładów jest należąca do TCL fabryka w podwarszawskim Żyrardowie. Tu powstają m.in. wyposażone w najnowsze technologie telewizory, z których gros trafia na eksport.

Transport

Od 1 grudnia manualny pobór opłat na państwowych autostradach przestanie działać. Kierowcy osobówek będą płacić przez system e-TOLL lub kupować e-bilety

Podniesione szlabany na bramkach nie oznaczają jednak, że kierowcy osobówek przejadą bez opłat po zarządzanych przez GDDKiA odcinkach autostrad A2 Konin–Stryków i A4 Wrocław–Sośnica. Obecny Manualny System Poboru Opłat dla pojazdów o dopuszczalnej masie całkowitej poniżej 3,5 tony zostanie od 1 grudnia zastąpiony nowym, elektronicznym systemem e-TOLL, podobnie jak miało to miejsce z początkiem października dla samochodów ciężarowych. Wszyscy użytkownicy muszą zarejestrować swoje auta w nowym systemie e-TOLL i wyposażyć je w urządzenia lokalizacyjne lub zakupić e-bilet autostradowy uprawniający do przejazdu. 

Telekomunikacja

Technologiczne kierunki studiów przeżywają oblężenie. Budowanie kadr kluczowe dla rozwoju branży

Polskie uczelnie kształcą rokrocznie ponad 110 tys. absolwentów kierunków naukowo-technicznych. Największą popularnością cieszą się informatyka, cyberbezpieczeństwo i inne kierunki powiązane z sektorem ICT, który ma duży wkład w rozwój krajowej gospodarki. Wymaga jednak nieustannego kształcenia nowych kadr oraz wyrównywania poziomu wiedzy i umiejętności zgodnie z globalnymi standardami. Temu właśnie służy program ICT Academy i towarzyszący mu konkurs ICT Competition, który organizuje Huawei. 

Handel

Polsko-Arabskie Forum w Dubaju okazją do zacieśnienia współpracy. Dla krajowych firm to szansa na podpisanie nowych kontraktów

Arabia Saudyjska, Zjednoczone Emiraty Arabskie i Kuwejt już w tej chwili są dla Polski ważnymi partnerami gospodarczymi. Na ekspansję na tamtejszym rynku zdecydowało się wiele dużych polskich marek, w tym m.in. Komputronik, CCC, Inglot, Comarch i Mokate. Rząd chce jednak wzmocnić współpracę z Bliskim Wschodem. Temu właśnie ma służyć zaplanowane na 6 grudnia Polsko-Arabskie Forum Gospodarcze, które odbędzie się w ramach targów Expo 2020 w Dubaju. Polskie firmy będą miały na nim możliwość nawiązania współpracy z nowymi partnerami gospodarczymi.