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
  • MP4
  • 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

    Kalendarium

    Więcej ważnych informacji

    Kongres MOVE

    Jedynka Newserii

    Jedynka Newserii

    Infrastruktura

    Sektor ochrony zdrowia odpowiada za większe emisje CO2 niż lotnictwo. Zielone zmiany wymagają drastycznego przyspieszenia

    Sektor ochrony zdrowia ponosi znaczące konsekwencje wynikające z rosnącej liczby ekstremalnych zjawisk klimatycznych, ale też poważnego zanieczyszczenia powietrza, a koszty z tym związane będą rosły. Z drugiej strony sam sektor też się przyczynia do zmian klimatycznych – odpowiada za 4 proc. emisji CO2, czym wyprzedza takie branże jak żegluga czy lotnictwo. O potrzebie przyspieszenia zielonych zmian w ochronie zdrowia coraz więcej się mówi, ale to wymaga konkretnych działań. Temu ma służyć powołana właśnie do życia Zielona Koalicja dla Zdrowia, w której uczestniczy prawie 30 podmiotów i której patronuje m.in. Narodowy Fundusz Zdrowia.

    Ochrona środowiska

    Nowa kadencja samorządów pod znakiem działań energetycznych i klimatycznych. 15 mld euro z UE może przyspieszyć zmiany w tym zakresie

    Do wyborów samorządowych pozostał nieco ponad tydzień. Jak pokazuje nowy raport Fundacji Instytut na rzecz Ekorozwoju, na samorządowców nadchodzącej kadencji będzie czekać wiele wyzwań związanych z energetyką i polityką klimatyczną, które wynikają zarówno z regulacji UE, jak i oczekiwań społecznych. Jednak w praktyce możliwości aktywnego działania samorządów w tym obszarze są tak szerokie, jak umożliwiają im to regulacje prawne. – Tutaj pewnych rozwiązań po prostu nie ma albo są w dość dokuczliwy sposób szczegółowe i stwarzają samorządom duże trudności. Dlatego potrzebna jest interwencja rządu, żeby umożliwić samorządom aktywne działania – ocenia dr Wojciech Szymalski, prezes Fundacji Instytut na rzecz Ekorozwoju.

    Prawo

    Postęp technologiczny rewolucjonizuje pracę specjalistów ds. finansów. Stają się strategicznymi doradcami biznesu

    Częste zmiany regulacyjne i postęp technologiczny wymuszają na specjalistach ds. finansów ciągłe nabywanie nowych kompetencji, doszkalanie i uaktualnianie swojej wiedzy. Ci, którzy potrafią się dostosować do szybkich zmian i wesprzeć swoimi umiejętnościami rozwój biznesu, mogą jednak liczyć na większe możliwości rozwoju kariery. – Finanse operują w świecie, który coraz szybciej się zmienia. To powoduje, że w przyszłości ludzie z obszaru finansów będą musieli poświęcać dużo więcej energii na to, żeby dotrzymać tempa – mówi Kuba Neneman, head of finance.ai, commercial data science manager w Shellu.

    Partner serwisu

    Instytut Monitorowania Mediów

    Szkolenia

    Akademia Newserii

    Akademia Newserii to projekt, w ramach którego najlepsi polscy dziennikarze biznesowi, giełdowi oraz lifestylowi, a  także szkoleniowcy z wieloletnim doświadczeniem dzielą się swoją wiedzą nt. pracy z mediami.