Partint de l'alumini i impulsada pel processament de materials i l'electroquímica com a motors bessons, l'alúmina ultrafina d'alta puresa està passant del laboratori a l'avantguarda industrial, demostrant el seu indiscutible valor com a "pedra angular del material" en dos àmbits estratègics: els semiconductors avançats i la indústria de la salut més àmplia.
En el sector dels semiconductors, a mesura que els nodes de procés avancen cap a geometries de 5 nm, 3 nm i fins i tot més fines, la fabricació de xips imposa requisits cada cop més estrictes sobre la puresa, la mida de les partícules, la fase cristal·logràfica i l'estabilitat tèrmica dels materials de suport. A causa de la seva inercia química extremadament alta, excel·lent aïllament elèctric, bona adaptació d'expansió tèrmica i resistència al desgast i a la corrosió, l'alúmina ultrafina d'alta puresa s'ha convertit en un component crític en substrats de circuits integrats, peces ceràmiques clau per a equips de gravat, objectius de pulverització rotativa d'alta densitat per a la deposició física de vapor (PVD), embalatges de safir i substrats d'alta forma de safir. Particularment en entorns de gravat per plasma i planarització mecànica química (CMP), els components basats en alúmina estan directament exposats a gasos altament corrosius i bombardeig de partícules d'alta velocitat. Els nivells d'impuresa-especialment d'elements perjudicials com Na, K, Fe i Cu-s'han de controlar al nivell de ppm o fins i tot de ppb, mentre que la mida de les partícules s'ha de distribuir amb precisió des dels nanòmetres fins als submicròmetres. Aquests paràmetres determinen directament la vida útil de l'equip, el rendiment i l'estabilitat del procés. Actualment, els productes de gamma alta en aquest camp encara depenen molt d'uns quants proveïdors del Japó i Alemanya; la taxa de substitució domèstica continua sent baixa, cosa que fa que sigui un coll d'ampolla crític que limita l'autosuficiència de la cadena de la indústria de semiconductors de la Xina.
Al mateix temps, a la indústria de la salut, l'alúmina ultrafina d'alta puresa està transcendint gradualment la percepció tradicional de ceràmica inert, gràcies als seus abundants llocs actius de superfície, bona citocompatibilitat, resposta al pH i productes de degradació no tòxics. Com a vehicle de lliurament de fàrmacs, permet la càrrega eficient i l'alliberament controlat de proteïnes, àcids nucleics i agents quimioterapèutics de molècules petites. En ceràmica ortopèdica i dental d'alta resistència, la introducció de nanoalúmina millora significativament la tenacitat a la fractura i la resistència al desgast. En biodetecció, les membranes nanoporoses d'alúmina funcionalitzades a la superfície proporcionen respostes electroquímiques molt sensibles a la glucosa, als biomarcadors d'ADN i fins i tot a les cèl·lules tumorals circulants. No obstant això, els processos de preparació de les matèries primeres d'alúmina ultrafina requerides per aquestes aplicacions avançades han estat monopolitzats durant molt de temps per empreses estrangeres mitjançant barreres de patents i bloquejos tecnològics. Les empreses domèstiques lluiten amb reptes comuns, com ara distribucions àmplies de mida de partícules, una coherència deficient entre lots i tècniques limitades de modificació de la superfície, que dificulten greument la transició de "substitució domèstica" del nivell de material al nivell del dispositiu.
En resposta a aquesta situació d'urgència, prenem les matèries primeres a base d'alumini com a punt de partida i integrem sistemàticament tecnologies de processament de pols de precisió amb mètodes de control electroquímic, realitzant una exploració en profunditat en tota la cadena de "preparació-caracterització-aplicació" d'alúmina ultrafina d'alta puresa. Pel que fa al control de puresa, hem desenvolupat processos combinats que combinen la purificació química amb la separació física en diverses etapes per eliminar eficaçment les impureses de la font d'alumini i hem establert un sistema d'anàlisi de traça de procés complet des de les matèries primeres fins als productes finals. Per al control de la morfologia, mitjançant l'ajust de la composició d'electròlits, la densitat de corrent, els paràmetres de reacció hidrotermal i les condicions de transformació de fase, hem aconseguit una adaptació sistemàtica de la mida de la partícula, la superfície específica, la distribució de la mida dels porus i les facetes de cristall exposades, obtenint una sèrie de productes amb estructures esfèriques, escamoses, fibroses i jeràrquiques. Pel que fa a l'aplicació funcional, les pols d'alúmina preparades s'han utilitzat en la sinterització densa d'anells de gravat de semiconductors, l'optimització de la microestructura d'objectius PVD i l'acoblament de bio-ligands a superfícies portadores de fàrmacs. Els resultats preliminars demostren avantatges marcats en la resistència a l'erosió del plasma, la uniformitat de la deposició de pel·lícula prima i la cinètica d'alliberament de fàrmacs. Els nostres anys d'experiència acumulada ens han portat a reconèixer que només obrint la cadena sinèrgica de "refinació de matèries primeres - enginyeria de pols - verificació de dispositius" i combinant la caracterització electroquímica in situ amb la simulació computacional, podrem trencar fonamentalment les barreres tecnològiques estrangeres. Només així podem oferir solucions fiables d'alúmina d'alta puresa per a l'autosuficiència d'equips semiconductors i materials biomèdics, i ajudar les indústries emergents estratègiques de la Xina a fer el pas crític "des de tenir un producte a tenir-ne un de superior".