ソラを英雄にする素材！ BMI樹脂の威力はどのくらいですか?

最近、アメリカのオープン人工知能研究センターであるOpen AIが、初の動画生成モデル「Sora」をリリースしました。このモデルは、テキスト指示を受信することで 60 秒の短いビデオを生成できます。我が国の企業もそれに追随し、最近では国産のSORAが登場しました！ 3月5日、スーパーコミュニケーションX七火山大会で、高解像度の4K文勝ビデオが観客を驚かせた。

出典: Weiboビデオのスクリーンショット

ソラのサーバー構築に大きく貢献した中核メンバーの一人が誰かご存じですか？ビスマレイミド（BMI）樹脂です。

01 BMI樹脂とは？

BMI樹脂はポリイミド（PI）樹脂の一種です。 PI樹脂は合成方法により縮合型と付加型に分けられます。 BMI樹脂は広く使用されている付加型PI樹脂です。 BMIはベンゼン環とイミド複素環の含有量が多く、架橋密度も高いです。これらの構造の特殊な特性により、耐熱性が良好で、分解温度は420℃以上、長期使用温度は177～232℃であり、強度と弾性率が高く、さまざまな溶剤、酸、水に対する耐性も高い[1]。さまざまな分野で広く使用されており、特に人工知能（AI）サーバーの製造において、相互接続、絶縁、サポートの役割を果たしています。

02 AIとビッグデータモデルがあるところにはBMI樹脂がある

では、この材料はどのようにして高周波信号の計算に役立つのでしょうか?まず、Sora のモデルトレーニングには大規模な計算能力のサポートが必要であり、AI アルゴリズムは AI サーバーと切り離せません。

図1 プリント基板の産業チェーン図（筆者作成）

図に示すように、プリント基板は AI サーバーのコアコンポーネントの 1 つです。電子部品を組み立てるための基板です。主に各種電子部品を接続して所定の回路を形成するために使用されます。 「電子製品の母」として知られています。プリント基板は、銅張積層板、インク、エッチング液などから作られています。銅張積層板はエレクトロニクス産業の基本材料であり、プリント基板の導電性、絶縁性、支持性の3つの主要な機能を担っています。

BMI樹脂は、低誘電率、低誘電損失、低熱膨張係数、高熱伝導率を有する高周波・高速樹脂です。高周波・高速銅張積層板の製造にガラス繊維布、木材パルプ、銅箔などとともに原料として使用されることが多く、製造工程の技術閾値は比較的高い。

図 2: 指サイズのプリント基板 (ギャラリーからの著作権保護された画像。再印刷すると著作権紛争につながる可能性があります)

したがって、BMI 樹脂は、AI とビッグ データ モデルが必要なあらゆる場所で見つかります。例えば、コンピュータ、自動運転、インテリジェント機械、インテリジェント医療機器、航空宇宙などの分野です。これらの分野はプリント基板の急速な発展を推進し、高周波・高速樹脂の大きな需要も牽引しています。

コストの観点から見ると、高周波・高速樹脂は銅張積層板の製造コストの約25～30％を占めています[2]。高周波・高速銅張積層板の需要が急増しており、高周波・高速樹脂のコストもさらに上昇します。

03 他の分野への応用

同時に、BMI樹脂はさまざまな分野でも広く使用されています。

1. 航空宇宙材料

図3 中国初の自主知的財産権を持つ民間航空機C919（出典：新華網）

BMI樹脂は炭素繊維と組み合わせることで炭素繊維強化複合材料を形成することができます。この強化複合材料は、同じ強度で一般的な従来の材料よりも軽量です。また、飛行中の航空機の表面温度にも適応し、疲労寿命も長くなります。そのうち、国産のC919旅客機は、T800グレードの炭素繊維強化複合材料を採用した国産初の民間航空機モデルです。

2. 耐高温断熱材

図4 消防服を着用した消防士たちが100メートル障害物救助競技に参加している様子（出典：新華網）

BMI樹脂は、耐高温性を備えた難燃性防護服の原料としても使用できます。難燃性のメカニズムは、防護服が炎や高温の物体に接触すると、炎の広がりを遅くし、炭化絶縁層を形成し、それによって個人の安全と健康を保護することです。また、炎から離れた後はすぐに消火するため、難燃性の目的を達成できます。燃焼部分はすぐに炭化して溶けたり、滴ったり、突き刺さったりしないので、二次的な傷害を避けるために、使用者は防護服を素早く脱ぐことも有益です。この難燃性防護服は、消防、冶金、石油、ガスなどの高温産業で広く使用されています。

図 5 高温に耐える特殊接着剤 (ギャラリーからの著作権保護画像、転載は著作権紛争につながる可能性があります)

BMI 樹脂は耐熱性が高いため、特殊接着剤の製造に広く使用されています。この接着剤は260℃で連続使用が可能で、耐湿性、耐熱性、耐放射線性、絶縁性にも優れています。航空・航空機製造・輸送機械分野では、チタン合金、アルミニウム合金などの各種合金材料とセラミックスなどの無機非金属材料を接合するための構造用接着剤として広く使用されています。現在我が国で開発中の高速航空機でも、エンジン室外板やエンジン室縦梁構造などにBMI樹脂系複合材料が多量に使用されています。これらの構造部品の製造には、適合する耐高温BMI接着剤が必要であり、接着が必要な部品の割合は50％～60％（体積分率）にも達する[4]。

BMI樹脂は、導電性粒子、分散添加剤、補助剤を含む導電性接着剤を製造するための原料としても使用できます。硬化後、BMI 樹脂は導電性接着剤の分子ネットワーク骨格を形成し、優れた機械的特性サポートを提供し、導電性接着剤の接着性能を保証します。導電性接着剤は複数の導電性材料を接続して、材料間に電気経路を形成することができる[3]。この原理に基づいて、効率的で信頼性の高い太陽電池を設計および製造することができます。

図6 太陽光発電パネル（出典：新華社通信）

3. 絶縁コーティング

図 7 さまざまな色の塗料 (ギャラリーからの著作権で保護された画像、転載は著作権紛争につながる可能性があります)

コーティング分野では、BMI樹脂は主に絶縁塗料のベース成分として使用されています。絶縁ワニスは、特定の条件下で硬化して絶縁膜となる高分子量ポリマーをベースにした絶縁材料です。基材、難燃剤、硬化剤、顔料、溶剤から構成されています[5]。この絶縁ワニスは常温で化学反応を起こして架橋硬化することができ、耐熱性、耐化学腐食性、機械的耐衝撃性などの優れた特性を持っています。さらに、BMI樹脂から製造した絶縁ワニスを導体表面に塗布することで絶縁効果が得られ、電磁線を製造することができる。電磁線とは、コイルや巻線を作るために使用される絶縁電線を指し、電磁誘導の原理によって電気エネルギーと磁気エネルギー間のエネルギー変換を実現します。一般的には変圧器、各種計器、モーターなどの電気機器に使用されます。

4. 摩擦材

BMI樹脂を原料として、一連の新材料を潤滑充填剤として樹脂マトリックスに導入し、摩擦係数が低く耐摩耗性に優れたBMI樹脂複合材料を製造します。いくつかの新しいグラフェン潤滑フィラーはBMI樹脂と組み合わせて、優れた摩擦特性を持つBMI複合材料を調製することができ、摩擦プロセス中に高品質の自己潤滑転写フィルムを形成できるだけでなく、優れた曲げ強度と衝撃強度も備えています[6]。この新しい BMI 複合材料は摩擦の分野で一定の可能性を秘めており、さまざまな自動車部品や航空宇宙部品に使用できます。

まとめ

現在、人工知能、チップ、5G、さらには5.5G基地局建設への需要が加速し、新たな科学技術革命と産業変革を推進し、新素材産業の急速な発展を牽引しています。 BMI樹脂に代表される新素材は、かつてないスピードでAIとの「国境を越えた」融合・革新を実現しています。科学技術の進歩により、これらの新素材はAI産業や深宇宙探査、ネットワークセキュリティなどの最先端産業においてより大きな可能性を持つようになると信じています。

参考文献:

1. Zhao Q、Li X、Tian Z、他イミド結合の選択的切断による炭素繊維強化ビスマレイミド樹脂複合材料の劣化とリサイクルの制御。複合材料パートB：エンジニアリング 2022; 231: 109595。https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109595。

2. 王明輝他電子樹脂業界レポート2：高周波・高速樹脂の発展に楽観的。国金証券株式会社

3. 李和平。ファインケミカルテクノロジー（第4版）。サイエンスプレス。 2023年。

4. 楊海東、王徳志、屈春燕、他。航空宇宙用途向けビスマレイミド接着剤の研究の進歩[J]。新化学材料、2021年、49(10):10-14。 DOI: 10.19817/j.cnki.issn1006-3536.2021.10.003。

5. 周玉青。絶縁ワニスの組成、分類および使用[J]。梅山科学技術、2004(S2):20-24.

6. シェン・リアンゲン、シー・レイ、ハン・シャンペン、他。改質グラフェンナノリボン/ビスマレイミド複合材料の摩擦特性 [J/OL]。ファインケミカルズ: 1-13 [2024-03-04]. https://doi.org/10.13550/j.jxhg.20230299。

著者: Gao Huang、中国科学院蘭州化学物理研究所、材料科学博士課程学生

査読者: 北京化学工学大学化学学部教授 袁志琴

制作：中国科学普及協会

制作：中国科学技術出版社、中国科学技術出版社（北京）デジタルメディア株式会社