Das Material, das Sora zum Helden macht! Wie leistungsstark ist BMI-Harz?

Vor Kurzem hat Open AI, das amerikanische Open Artificial Intelligence Research Center, sein erstes Videogenerierungsmodell „Sora“ veröffentlicht. Das Modell kann durch den Empfang von Textanweisungen ein 60 Sekunden langes Kurzvideo generieren. Die Unternehmen unseres Landes folgten dicht dahinter und seit kurzem ist der im Inland produzierte Sora da! Am 5. März begeisterte ein hochauflösendes 4K-Wensheng-Video das Publikum auf der Super Communication X Seven Volcanoes Conference.

Quelle: Weibo-Video-Screenshot

Wissen Sie, wer zu den Kernmaterialien gehört, die einen großen Beitrag zum Aufbau des Sora-Servers geleistet haben? Es handelt sich um Bismaleimid-Harz (BMI).

01 Was ist BMI-Harz?

BMI-Harz ist eine Art Polyimidharz (PI) . Je nach Synthesemethode kann PI-Harz in Kondensations- und Additionsharze unterteilt werden. BMI-Harz ist ein weit verbreitetes PI-Harz vom Additionstyp . BMI hat einen hohen Gehalt an Benzolringen und Imid-Heterozyklen und eine hohe Vernetzungsdichte . Die besonderen Eigenschaften dieser Strukturen verleihen ihm eine gute Hitzebeständigkeit – die Zersetzungstemperatur liegt über 420°C, die Langzeitgebrauchstemperatur beträgt 177-232°C – sowie eine hohe Festigkeit und Elastizitätsmodul sowie eine hohe Toleranz gegenüber verschiedenen Lösungsmitteln, Säuren und Wasser [1]. Es wird in vielen Bereichen eingesetzt, insbesondere bei der Herstellung von Servern für künstliche Intelligenz (KI), wo es die Funktion der Verbindung, Isolierung und Unterstützung übernimmt .

02 Wo immer es KI und Big Data-Modelle gibt, gibt es BMI-Harz

Wie also dient dieses Material der Berechnung von Hochfrequenzsignalen? Erstens erfordert das Modelltraining von Sora eine große Rechenleistungsunterstützung, und KI-Algorithmen sind untrennbar mit KI-Servern verbunden.

Abbildung 1 Industriekettendiagramm von Leiterplatten (vom Autor erstellt)

Wie in der Abbildung gezeigt: Die Leiterplatte ist eine der Kernkomponenten des KI-Servers. Es ist ein Substrat für die Montage elektronischer Teile. Es wird hauptsächlich verwendet, um verschiedene elektronische Teile zu verbinden und so einen vorgegebenen Schaltkreis zu bilden. Es ist als „ Mutter der elektronischen Produkte “ bekannt. Leiterplatten bestehen aus kupferkaschierten Laminaten, Tinten, Ätzlösungen usw. Kupferkaschierte Laminate sind die Grundmaterialien der Elektronikindustrie und sind für die drei Hauptfunktionen Leitfähigkeit, Isolierung und Unterstützung von Leiterplatten verantwortlich.

BMI-Harz ist ein Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitsharz mit niedriger Dielektrizitätskonstante, geringem dielektrischen Verlust, niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten und hoher Wärmeleitfähigkeit . Es wird häufig zusammen mit Glasfasergewebe, Zellstoff und Kupferfolie als Rohmaterial zur Herstellung von kupferkaschierten Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitslaminaten verwendet, und die technologische Schwelle für die Herstellung ist relativ hoch.

Abbildung 2: Fingergroße Leiterplatte (urheberrechtlich geschütztes Bild aus der Galerie; Nachdruck kann zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen)

Daher ist BMI-Harz überall dort zu finden, wo KI- und Big-Data-Modelle benötigt werden! Beispielsweise in den Bereichen Computer, autonomes Fahren, intelligente Maschinen, intelligente medizinische Geräte und Luft- und Raumfahrt . Diese Bereiche treiben die rasante Entwicklung von Leiterplatten voran und sorgen auch für die enorme Nachfrage nach Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitsharzen.

Aus Kostensicht macht das Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitsharz etwa 25 bis 30 % der Produktionskosten von kupferkaschierten Laminaten aus [2]. Angesichts der schnell wachsenden Nachfrage nach kupferkaschierten Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitslaminaten werden auch die Kosten für Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitsharz weiter steigen!

03 Anwendung in anderen Bereichen

Gleichzeitig wird BMI-Harz auch in verschiedenen Bereichen eingesetzt:

1. Materialien für die Luft- und Raumfahrt

Abbildung 3 C919, Chinas erstes Zivilflugzeug mit unabhängigen geistigen Eigentumsrechten (Quelle: Xinhuanet)

Aus BMI-Harz können kohlenstofffaserverstärkte Verbundwerkstoffe mit Kohlenstofffasern hergestellt werden. Dieses verstärkte Verbundmaterial ist bei gleicher Festigkeit leichter als herkömmliche Materialien. Darüber hinaus passt es sich der Oberflächentemperatur des Flugzeugs während des Fluges an und weist eine längere Lebensdauer auf. Unter ihnen ist das im Inland produzierte Passagierflugzeug C919 das erste inländische Zivilflugzeugmodell, bei dem kohlenstofffaserverstärkte Verbundwerkstoffe der Güteklasse T800 verwendet werden.

2. Hochtemperaturbeständige Dämmstoffe

Abbildung 4: Feuerwehrleute in Feuerwehranzügen nehmen am 100-Meter-Hindernisrettungswettbewerb teil (Quelle: Xinhuanet)

BMI-Harz kann auch als Rohstoff zur Herstellung flammhemmender Schutzkleidung mit hoher Temperaturbeständigkeit verwendet werden. Der flammhemmende Mechanismus besteht darin, dass die Schutzkleidung bei Kontakt mit Flammen oder heißen Gegenständen die Ausbreitung der Flammen verlangsamen und eine karbonisierte Isolationsschicht bilden kann, wodurch die persönliche Sicherheit und Gesundheit geschützt wird. Und es kann nach der Trennung von der Flamme schnell von selbst verlöschen, wodurch der Zweck der Flammhemmung erreicht wird. Da der brennende Teil schnell verkohlt und nicht schmilzt, tropft oder sticht, ist es für den Anwender auch von Vorteil, die Schutzkleidung schnell auszuziehen, um Folgeverletzungen zu vermeiden. Diese flammhemmende Schutzkleidung wird häufig in Hochtemperaturindustrien wie der Brandbekämpfung, Metallurgie, Öl- und Gasindustrie eingesetzt.

Abbildung 5 Hochtemperaturbeständiger Spezialkleber (urheberrechtlich geschütztes Bild aus der Galerie, Nachdruck kann zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen)

Aufgrund seiner hohen Temperaturbeständigkeit wird BMI-Harz häufig bei der Herstellung von Spezialklebstoffen verwendet. Der Klebstoff ist bei 260°C dauerhaft einsetzbar und verfügt zudem über eine gute Feuchtigkeits- und Hitzebeständigkeit, Strahlungsbeständigkeit sowie Isolationseigenschaften . In den Bereichen Luftfahrt, Flugzeugbau und Transportmaschinen wird es häufig als Strukturklebstoff zum Verbinden verschiedener Legierungsmaterialien wie Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen und anorganischer nichtmetallischer Materialien wie Keramik verwendet. Auch in den Hochgeschwindigkeitsflugzeugen, die derzeit in meinem Land entwickelt werden, kommen in großem Umfang Verbundwerkstoffe auf BMI-Harzbasis zum Einsatz, beispielsweise in der Außenhaut des Motorraums und in den Längsträgerstrukturen des Motorraums. Für die Herstellung dieser Strukturteile sind passende, hochtemperaturbeständige BMI-Klebstoffe erforderlich. Der Anteil der zu verklebenden Teile beträgt dabei bis zu 50–60 % (Volumenanteil) [4].

BMI-Harz kann auch als Rohstoff zur Herstellung leitfähiger Klebstoffe mit leitfähigen Partikeln, Dispergieradditiven und Hilfsmitteln verwendet werden. Nach dem Aushärten bildet das BMI-Harz ein molekulares Netzwerkskelett des leitfähigen Klebstoffs, das gute mechanische Eigenschaften unterstützt und die Klebeleistung des leitfähigen Klebstoffs sicherstellt. Leitfähiger Klebstoff kann mehrere leitfähige Materialien miteinander verbinden und so einen elektrischen Pfad zwischen den Materialien bilden[3]. Basierend auf diesem Prinzip können effiziente und zuverlässige Solarzellen entworfen und hergestellt werden.

Abbildung 6: Photovoltaik-Solarmodule (Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

3. Isolierbeschichtung

Abbildung 7 Farben in verschiedenen Farben (urheberrechtlich geschützte Bilder aus der Galerie, Nachdruck kann zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen)

Im Beschichtungsbereich wird BMI-Harz hauptsächlich als Grundbestandteil von Isolierfarben verwendet. Isolierlack ist ein Isoliermaterial auf Basis hochmolekularer Polymere, die unter bestimmten Bedingungen zu Isolierfilmen aushärten können. Es besteht aus Grundmaterial, Flammschutzmittel, Härter, Pigment und Lösungsmittel [5]. Dieser Isolierlack kann bei Raumtemperatur chemische Reaktionen zur Vernetzung und Aushärtung durchlaufen und verfügt über hervorragende Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit, chemische Korrosionsbeständigkeit und mechanische Schlagfestigkeit. Darüber hinaus wird der aus BMI-Harz hergestellte Isolierlack auf die Oberfläche des Leiters aufgetragen, um den Isoliereffekt zu erzielen, und es kann ein elektromagnetischer Draht hergestellt werden. Elektromagnetischer Draht bezieht sich auf den isolierten Draht, der zur Herstellung von Spulen oder Wicklungen verwendet wird, die die Energieumwandlung zwischen elektrischer Energie und magnetischer Energie durch das Prinzip der elektromagnetischen Induktion realisieren können. Es wird im Allgemeinen in elektrischen Geräten wie Transformatoren, verschiedenen Instrumenten und Motoren verwendet.

4. Reibmaterial

Unter Verwendung von BMI-Harz als Rohmaterial werden eine Reihe neuer Materialien als Schmierfüllstoffe in die Harzmatrix eingebracht, um BMI-Harz-Verbundwerkstoffe herzustellen, die einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aufweisen. Einige neue Graphen-Schmierfüllstoffe können mit BMI-Harz kombiniert werden, um BMI-Verbundwerkstoffe mit guten tribologischen Eigenschaften herzustellen. Sie können während des Reibungsprozesses hochwertige selbstschmierende Transferfilme bilden und verfügen gleichzeitig über eine ausgezeichnete Biegefestigkeit und Schlagfestigkeit[6]. Dieses neue BMI-Verbundmaterial verfügt über ein gewisses Potenzial im Bereich Reibung und kann in verschiedenen Automobil- und Luftfahrtteilen eingesetzt werden.

Zusammenfassung

Heute nimmt die Nachfrage nach künstlicher Intelligenz, Chips, 5G und sogar dem Bau von 5,5G-Basisstationen rasant zu. Dies treibt eine neue Runde der wissenschaftlichen und technologischen Revolution und des industriellen Wandels voran und treibt die rasante Entwicklung der neuen Werkstoffindustrie voran. Neue Materialien, die durch BMI-Harz repräsentiert werden, erreichen mithilfe von KI eine „grenzüberschreitende“ Integration und Innovation in beispielloser Geschwindigkeit. Ich bin davon überzeugt, dass diese neuen Materialien mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie ein größeres Potenzial in Spitzenbranchen wie der KI-Industrie, der Erforschung des Weltraums oder der Netzwerksicherheit usw. haben werden.

Quellen:

1. Zhao Q, Li X, Tian Z, et al. Kontrolle des Abbaus und Recyclings von kohlenstofffaserverstärkten Bismaleimidharz-Verbundwerkstoffen durch selektive Spaltung von Imidbindungen. Verbundwerkstoffe Teil B: Engineering 2022; 231: 109595. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109595.

2. Wang Minghui et al. Branchenbericht 2 zur Elektronikharzindustrie: Optimismus hinsichtlich der Entwicklung von Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitsharzen; Guojin Securities Co., Ltd.

3. Li Heping. Feinchemische Technologie (4. Auflage). Wissenschaftspresse. 2023.

4. Yang Haidong, Wang Dezhi, Qu Chunyan et al. Forschungsfortschritt bei Bismaleimid-Klebstoffen für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt[J]. Neue chemische Materialien, 2021, 49(10): 10-14. DOI: 10.19817/j.cnki.issn1006-3536.2021.10.003.

5. Zhou Yuqing. Zusammensetzung, Klassifizierung und Verwendung von Isolierlacken[J]. Meishan Wissenschaft und Technologie, 2004(S2):20-24.

6. Shen Liangen, Shi Lei, Han Xiangpeng et al. Tribologische Eigenschaften von modifizierten Graphen-Nanobändern/Bismaleimid-Kompositen [J/OL]. Feinchemikalien: 1-13 [2024-03-04]. https://doi.org/10.13550/j.jxhg.20230299.

Autor: Gao Huang, Doktorand in Materialwissenschaften, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Gutachter: Yuan Zhiqin, Professor der Fakultät für Chemie, Beijing University of Chemical Technology

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