Beginnend met aluminium en aangedreven door materiaalverwerking en elektrochemie als tweelingmotoren, beweegt ultrafijn aluminiumoxide met een hoge zuiverheidsgraad van het laboratorium naar het industriële front, wat de onbetwistbare waarde ervan aantoont als een ‘materiaalhoeksteen’ in twee strategische arena’s: geavanceerde halfgeleiders en de bredere gezondheidsindustrie.
In de halfgeleidersector, terwijl procesknooppunten zich ontwikkelen in de richting van 5 nm, 3 nm en nog fijnere geometrieën, stelt de chipproductie steeds strengere eisen aan de zuiverheid, deeltjesgrootte, kristallografische fase en thermische stabiliteit van ondersteunende materialen. Dankzij de extreem hoge chemische inertheid, uitstekende elektrische isolatie, goede thermische uitzettingsaanpassing en weerstand tegen slijtage en corrosie is zeer zuiver ultrafijn aluminiumoxide een cruciaal onderdeel geworden van substraten voor geïntegreerde schakelingen, belangrijke keramische onderdelen voor etsapparatuur, roterende sputterdoelen met hoge dichtheid voor fysische dampafzetting (PVD), saffiersubstraten en hoogwaardige verpakkingsvullers. Met name in omgevingen met plasma-etsen en chemisch-mechanische planarisatie (CMP) worden op aluminiumoxide gebaseerde componenten direct blootgesteld aan zeer corrosieve gassen en deeltjesbombardementen met hoge snelheid. Onzuiverheidsniveaus-vooral van schadelijke elementen zoals Na, K, Fe en Cu-moeten worden beperkt tot het ppm- of zelfs ppb-niveau, terwijl de deeltjesgrootte nauwkeurig moet worden verdeeld van nanometers tot submicrometers. Deze parameters bepalen rechtstreeks de levensduur, opbrengst en processtabiliteit van de apparatuur. Momenteel zijn hoogwaardige producten op dit gebied nog steeds sterk afhankelijk van enkele leveranciers uit Japan en Duitsland; het binnenlandse substitutiepercentage blijft laag, waardoor dit een kritiek knelpunt wordt dat de zelfredzaamheid van de Chinese halfgeleiderindustrie inperkt.
Tegelijkertijd overstijgt hoogzuiver ultrafijn aluminiumoxide in de gezondheidszorg geleidelijk de traditionele perceptie van inerte keramiek, dankzij de overvloedige oppervlakteactieve locaties, goede cytocompatibiliteit, pH-gevoeligheid en niet-toxische afbraakproducten. Als medicijnafgiftemiddel maakt het een efficiënte belading en gecontroleerde afgifte van eiwitten, nucleïnezuren en chemotherapeutische middelen met kleine moleculen mogelijk. In orthopedisch en dentaal keramiek met hoge sterkte verbetert de introductie van nano-aluminiumoxide de breuktaaiheid en slijtvastheid aanzienlijk. Bij biosensoren zorgen oppervlakgefunctionaliseerde nanoporeuze membranen van aluminiumoxide voor zeer gevoelige elektrochemische reacties op glucose, DNA-biomarkers en zelfs circulerende tumorcellen. De bereidingsprocessen voor de ultrafijne aluminiumoxide-grondstoffen die nodig zijn voor deze geavanceerde toepassingen worden echter al lange tijd gemonopoliseerd door buitenlandse bedrijven via patentbarrières en technologische blokkades. Binnenlandse bedrijven worstelen met gemeenschappelijke uitdagingen zoals brede deeltjesgrootteverdelingen, slechte consistentie van batch tot batch en beperkte technieken voor oppervlaktemodificatie, die de overgang van ‘binnenlandse vervanging’ van het materiële niveau naar het apparaatniveau ernstig belemmeren.
Als reactie op deze urgente situatie nemen we op aluminium gebaseerde grondstoffen als uitgangspunt en integreren we systematisch precisiepoederverwerkingstechnologieën met elektrochemische controlemethoden, waarbij we diepgaande verkenningen uitvoeren in de hele keten van "bereiding – karakterisering – toepassing" van ultrafijn aluminiumoxide met hoge zuiverheid. Op het gebied van zuiverheidscontrole hebben we gecombineerde processen ontwikkeld die chemische zuivering koppelen aan meertraps fysieke scheiding om sporen van onzuiverheden effectief uit de aluminiumbron te verwijderen, en hebben we een volledig processporenanalysesysteem opgezet, van grondstoffen tot eindproducten. Voor morfologische controle hebben we, door de elektrolytsamenstelling, stroomdichtheid, hydrothermische reactieparameters en fasetransformatieomstandigheden aan te passen, een systematische aanpassing van de deeltjesgrootte, het specifieke oppervlak, de poriegrootteverdeling en blootgestelde kristalfacetten bereikt, wat een reeks producten heeft opgeleverd met bolvormige, vlokachtige, vezelige en holle hiërarchische structuren. Aan de functionele kant van de toepassing zijn de bereide aluminiumoxidepoeders gebruikt bij het dicht sinteren van halfgeleideretsringen, de microstructuuroptimalisatie van PVD-doelen en de koppeling van bio-liganden op medicijndrageroppervlakken. Voorlopige resultaten tonen duidelijke voordelen aan op het gebied van plasma-erosieweerstand, uniformiteit van de afzetting van dunne films en de kinetiek van de geneesmiddelafgifte. Onze jarenlange opgebouwde ervaring heeft ons ertoe gebracht te erkennen dat we alleen door het openstellen van de synergetische keten van ‘grondstofraffinage – poederengineering – apparaatverificatie’, en door elektrochemische in-situ karakterisering te combineren met computationele simulatie, buitenlandse technologische barrières fundamenteel kunnen doorbreken. Alleen dan kunnen we betrouwbare aluminiumoxide-oplossingen met een hoge zuiverheidsgraad bieden voor de zelfredzaamheid van halfgeleiderapparatuur en biomedische materialen, en China's strategische opkomende industrieën helpen de cruciale stap te zetten "van een product naar een superieur product."