Умные носимые устройства

Индустрия умных носимых устройств использует легкие, высокопроизводительные, биосовместимые и прочные материалы, которые очень совместимы со свойствами материалов передовой керамики. Глинозем (Al₂O₃), цирконий (ZrO₂), карбид кремния (SiC) и нитрид кремния (Si₃N₄) постепенно проникают на рынок умных носимых устройств из потребительских товаров высокого класса.

Важно отметить, что в секторе умных носимых устройств диоксид циркония в настоящее время является наиболее широко используемым и зрелым, за ним следует оксид алюминия. Карбид кремния и нитрид кремния являются более передовыми исследованиями и специализированным функциональным этапом применения.

В секторе умных носимых устройств ценность керамических материалов заключается в основном в:

• Превосходная текстура и эстетика: они обладают нефритовой текстурой, глянцевитостью и превосходным ощущением, намного превосходя металл и пластик, удовлетворяя эстетические требования бытовой электроники.
• Отличная биосовместимость: они не аллергенны и нетоксичны при контакте с кожей, обеспечивая долгосрочный комфорт и безопасность.
• Высокая твердость и износостойкость: они обладают исключительной устойчивостью к царапинам (высокая твердость по Моосу), сохраняя первозданный внешний вид и выдерживая ежедневный износ. Гипоаллергенный и приятный для кожи: он инертен к жидкостям организма, таким как пот, с меньшей вероятностью вызывает кожную аллергию и обеспечивает прохладное, приятное для кожи ощущение.
• Интегрированная структура и функция: он может служить как внешним компонентом, так и внутренним функциональным компонентом (например, окном антенны или подложкой радиатора).

1. Глинозем (Al₂O₃)-«Экономичные и надежные функциональные компоненты»
В умных носимых устройствах он в основном используется из-за его высокой твердости, электрической изоляции и низкой стоимости.
Преимущества: высокая твердость, износостойкость, хорошая электрическая изоляция, относительно низкая стоимость и зрелая технология обработки.

Специфические применения:

• Задняя крышка часов/окно датчика: используемое в задней крышке умных часов, его проникновение сигнала (для беспроводной зарядки и биосенсорного освещения) превосходит металл, что делает его ключевым материалом для таких функций, как мониторинг частоты сердечных сокращений и кислорода в крови.
• Кнопки/корона: как кнопки или короны на часах, он износостойкий и обеспечивает дифференцированную текстуру.
• Внутренняя изолирующая подложка: служит подложкой-носителем для микросенсоров или чипов, обеспечивая изоляцию и поддержку.

2. Цирконий (ZrO₂)-«Взгляд и ощущение носимых вещей высокого класса»
В настоящее время это самая успешная и известная передовая керамика в области умных носимых устройств, в основном используемая в линейках продуктов высокого класса.
Преимущества: металлическая прочность (небьющаяся), нефритовая текстура, высокий блеск и износостойкость, отличная биосовместимость и отсутствие экранирования сигнала.

Специфические применения:

• Чехлы для умных часов/лицевые панели: Это его основное приложение, как видно из Apple Watch Edition, серии Huawei Watch GT и высококачественных часов Xiaomi Watch. Он заменяет нержавеющую сталь и титановые сплавы, предлагая более легкую, износостойкую, более приятную для кожи и более роскошную альтернативу.
• Тело смарт-кольца/браслета: используется в новых продуктах для смарт-колец, его легкие, прочные и приятные для кожи свойства идеально подходят для устройств, требующих длительного и бесшовного ношения.
• Интегрированные задние крышки для мобильных телефонов/часов: некоторые смартфоны также используют керамические задние панели, чтобы соответствовать стилю часов, а их проникновение беспроводного сигнала превосходит металл.

3. Карбид кремния (SiC)-«Перспективное управление температурой и чип-ядро»
В носимых устройствах он служит не структурным компонентом, а основным полупроводниковым материалом и конечным материалом для рассеивания тепла.
Преимущества: Чрезвычайно высокая теплопроводность (превосходное рассеивание тепла), свойства полупроводника с широкой запрещенной полосой (высокая эффективность и сопротивление напряжению).

Специфические применения:

• Микро-эффективные чипы питания: будущие приложения включают сверхкомпактные чипы управления питанием и чипы управления зарядкой в умных часах. Высокая эффективность устройств SiC снижает потери преобразования энергии и тепловыделение, тем самым продлевая срок службы батареи или обеспечивая более быструю зарядку.
• Подложка для отвода тепла для устройств со сверхвысокой плотностью мощности: для будущих очков AR или умных часов с высокоинтегрированными и сложными функциями отвод тепла от их основных чипов станет узким местом. SiC можно использовать в качестве теплоотвода или подложки с высокой теплопроводностью, быстро рассеивая тепло и обеспечивая стабильную работу.

4. Нитрид кремния (Si₃N₄)-«Изучение датчика и структурного эксперта»
Материал с отличной общей производительностью, SiC все еще находится на этапах исследований и разработок и специализированных применений в области носимых устройств, но он обладает огромным потенциалом. Преимущества: Превосходные всесторонние механические свойства (сильные и жесткие), сопротивление термального удара, превосходные диэлектрические свойства, и хорошая биосовместимость.

Специфические применения:

• Высокопроизводительные сенсорные подложки: могут использоваться для изготовления микросенсоров, требующих чрезвычайно высокой точности и стабильности, таких как высокоточные датчики давления или носители для инерциальных измерительных блоков (IMU). Его низкая деформация и высокая стабильность помогают повысить точность датчика.
• Сверхпрочные структурные детали: для промышленных или специализированных интеллектуальных носимых устройств (например, используемых в приключениях на открытом воздухе и военных приложениях) высокая прочность и ударная вязкость нитрида кремния могут использоваться для производства наиболее уязвимых компонентов корпуса, обеспечивая максимальную защиту.
• Упаковка подкожного имплантируемого датчика: исключительная биосовместимость и стабильность нитрида кремния делают его идеальным упаковочным материалом для будущих имплантируемых устройств мониторинга здоровья.