Kommunikation
Büro für die Westentasche
Sie sind die Alleskönner unserer Zeit und ein Paradebeispiel für Chemie im Alltag: Smartphones, die „intelligenten Telefone“. Dank Technologien wie Bluetooth oder WLAN können sie jederzeit Verbindungen mit den unterschiedlichsten Geräten herstellen. Darüber hinaus vereinen sie klassische Telefon- und Multimediafunktionen mit den Programmen von kleinen tragbaren Computern wie PDAs (Persönliche ...Digitale Assistenten). Vom schlanken Gehäuse über die immer schneller werdenden Chips bis hin zu den hochauflösenden Displays – ohne die Chemie gäbe es fast kein Bauteil für die Königsklasse der Mobiltelefone.
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Vom Steinbruch zum Silicon Valley
Chemie im Alltag wird über moderne Kommunikationstechnik ...am besten greifbar. Das chemische Element Silizium ist das Ausgangsmaterial für Computerprozessoren, Speicherchips und Transistoren. In der Natur kommt es nur in Verbindung mit anderen Elementen vor. Um es in der Produktion verwenden zu können, sind aufwendige chemische Veredelungsprozesse notwendig. Einen Reinheitsgrad von 99 % erreicht man, indem man dem Sand bei 1800° C durch die Zugabe von Kohlenstoff den Sauerstoff entzieht. Das Rohsilizium ist allerdings nicht rein genug für die Mikroelektronik. Nach einer Reaktion mit Chlorwasserstoff entsteht in einem mehrstufigen Trenn- und Abscheideprozess kristallines Silizium mit einem Reinheitsgrad von nahezu 100 Prozent. Es ist so rein, dass es für die Herstellung von Solarzellen und Halbleitern genutzt werden kann.
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Chemie im Alltag: LCDs
Jeder kennt sie, aber kaum unter ihrem deutschen Namen ...„Flüssigkristallanzeige“: LC-Displays (LCDs). Als Bildschirm nutzen wir sie täglich in Mobiltelefonen, Notebooks, Monitoren und Flachbildfernsehern. LCDs verfügen über eine Hintergrundbeleuchtung und sind in viele kleine Bildpunkte (Pixel) unterteilt. Flüssigkristalle sind Substanzen, deren optisch-physikalische Eigenschaften sich je nach Ausrichtung der enthaltenen Kristalle ändern. Die Chemie mischt und ordnet die Kristalle neu – so, wie es der jeweilige Anwendungszweck erfordert. Legt man eine elektrische Spannung an, verändern sich in jedem Pixel die Eigenschaften der Flüssigkristalle und beeinflussen so das durchscheinende Licht. Die Pixel setzen sich zu einem kontrastreichen und scharfen Bild zusammen – auch zur Freude von Filmfreunden und PC-Spielern, die von der Chemie im Alltag profitieren.
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Leitende Position
Nach den ersten klobigen Mobiltelefonen der 1980er-Jahre ...haben Handys heute ein bequemes Hosentaschenformat. Verblüffend: An dieser Gesundschrumpfung lässt sich auch die Leistungsfähigkeit moderner Klebstoffe ablesen, die die Chemie im Alltag auf intelligente Weise integrieren. Klebstoffe sorgen aber längst nicht nur für den Zusammenhalt der diversen Bau- und Gehäuseteile. Sie können mittlerweile auch Strom leiten. Dünne Klebstofffilme auf Basis von Epoxid-Harz oder Polyurethan lösen heute nicht nur herkömmliche Schraubverbindungen ab, sondern auch immer mehr Lötstellen in den Stromkreisen. Das lässt sowohl die Produktionskosten als auch die Geräte schrumpfen. Leitfähige Klebstoffe minimieren den Abstand zwischen den elektrischen Kontakten auf nur 0,035 Millimeter – etwa ein Drittel der menschlichen Haaresbreite.
Schon gewusst?
Silizium lässt sich heute mit fast 100%iger Reinheit gewinnen. Dann kommen auf 1 Milliarde Siliziumatome nur noch ein paar wenige Fremdatome.
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Kleinkraftwerke
Mit der Entwicklung des weltweit ersten Handys hatte ...Motorola absolutes Neuland betreten. Eine Herausforderung dabei war schon seit der Zeit der ersten Kofferradios bekannt: die Stromversorgung eines portablen Elektrogeräts. Das Motorola-Handy von 1983 wurde von einem Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH) mit Strom versorgt. Wie bei jedem gängigen Batterie- und Akkutyp wird die Energie in diesem in chemischer Form bereitgehalten und bei Bedarf in elektrische Energie zum Betrieb des Geräts umgewandelt. Ein NiMH-Akku besteht aus zwei Polen, einer Elektrode aus Nickelhydroxid und einer aus einem Metallhydrid. Die elektrochemischen Reaktionen laufen in einer Elektrolytflüssigkeit – Kaliumhydroxid – zwischen den Polen ab. Zwischen ihnen strömen elektrisch geladene Teilchen von einer Seite zur anderen.
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Frühe Rechenkünstler
Wie bei modernen Mobiltelefonen bildete er auch beim ...ersten Handy der Welt, dem Motorola Dynatac 8000X, das Herz: der Mikroprozessor – auch wenn er noch deutlich langsamer „schlug“ als die Chips der heutigen Handy-Generation. Bei der Einführung des ersten Handys hatten Mikroprozessoren etwa 2.000 Schaltpunkte auf einer Fläche von wenigen Quadratzentimetern. Mittlerweile finden über 2 Milliarden Transistoren auf einem Prozessor Platz, auch wenn diese Leistungswunder nicht in Handys verbaut werden. Die Schaltungen in den Chips basieren auf dem Halbleitermaterial Silizium. Silizium ist das zweithäufigste Element der Erdkruste und macht etwa 15 Masseprozent der Erde aus. Bevor die Industrie das Material zur Produktion von Solarzellen oder Computerchips einsetzen kann, muss es höchst aufwendige und mehrstufige Reinigungsverfahren durchlaufen.
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Friedliche Mobilmachung
Nach schwerem Start mit Anfang 30 schon reif fürs Museum: das erste Handy der Welt. Bei seiner Einführung 1983 fand das Motorola DynaTAC 8000X kaum Käufer. Das Mobiltelefon war zu klobig und mit 800 Gramm nicht gerade „handy“ (englisch für „handlich“). Niedrig war dafür – nach heutigen Standards – die maximale Gesprächszeit. Sie betrug gerade einmal 60 Minuten. Dennoch war das Gerät ...ein Durchbruch, der die Welt veränderte. Zur Entstehung des Handy-Urahns hat die Chemie vieles beigetragen. Mit ihren Materialien für das Gehäuse, Chips, Displays und Akkus war sie ein entscheidender Geburtshelfer des Handy-Zeitalters.
Kommunikation
Kommunikation in Lichtgeschwindigkeit
Schnelles Surfen im Internet, fernsehen in Full-HD ...und telefonieren mit optimaler Sprachqualität – bei den stetig steigenden Datenmengen kommen die meisten Breitbandtechnologien allmählich an ihre Grenzen. Hier schaffen hochtransparente Glasfaserkabel Abhilfe. Diese übertragen die Daten nicht wie herkömmliche Kupferkabel mit elektrischen Impulsen, sondern mit Lichtsignalen. Der Clou: Hochreine Chlorsilane sorgen dafür, dass die hauchdünnen Fasern aus geschmolzenem Glas das Licht besonders gut und störungsfrei leiten – auch über längere Strecken. Zudem ermöglichen Glasfaserkabel eine deutlich höhere Bandbreite. So können selbst die größten Datenpakete sprichwörtlich in Lichtgeschwindigkeit verschickt werden.
Quiz
Was macht seit Kurzem im Wohnzimmer "die Biege"?
Carving-Ski.Uri Gellers Löffel.Curved-Design-Fernseher.
Urlaub
Einfach mehr drauf haben
Wie Schatzkästchen verwahren Flashspeicher unsere ...Bilder, Songs und Daten in Kameras, USB-Sticks, Handys und Computern und geben sie auf Knopfdruck wieder frei. Weil Flashspeicher, anders als Festplatten, ohne bewegliche Teile auskommen, arbeiten sie geräuschlos und energiesparend. Auf dem Speicher selbst sitzen dicht gedrängt Milliarden von Speicherzellen. Jede davon kann über 100.000-mal beschrieben und beinahe unendlich oft ausgelesen werden. Die permanente Miniaturisierung der Geräte verschärft dieses Platzproblem noch, doch die Chemie kann helfen: Hochreines Hexachlordisilan, ein Rohstoff auf Siliziumbasis, ermöglicht feinste Strukturbreiten der Zellen noch unter den heute üblichen 25 Nanometern (ca. 1/3.000 eines menschlichen Haares). Das heißt: Flashspeicher fassen noch viel mehr Daten – und unsere Geräte haben einfach mehr drauf.
LED
OLED? Oh, là , là !
Vive la révolution! OLEDs, organische lichtemittierende ...Dioden, werden den Displaymarkt umkrempeln! Denn sie benötigen – anders als LCD-TVs – keine Hintergrundbeleuchtung, um ein Bild sichtbar zu machen. Hier leuchten die einzelnen Pixel, einmal unter Spannung gesetzt, selbst! So können OLED-Fernseher im TV- und Heimkinobereich extrem kontrastreiche Bilder bieten. Die Struktur der OLED-Moleküle bestimmt dabei die Farbe des Lichts, das sie nahezu ohne Wärmeabgabe aussenden. OLED-Panels sind hauchdünn, denn die OLED-Materialien, chemisch hergestellte Halbleitermoleküle oder -polymere, werden auf Glas oder Folie aufgetragen. Das geschieht entweder im Vakuum oder durch Druckverfahren – ähnlich einem Tintenstrahler. Die chemisch aktive, also bildgebende Schicht ist ca. 100-mal dünner als ein menschliches Haar. Einfach revolutionär!
Quiz
Was haben moderne Reisekoffer und CDs gemeinsam?
Sie waren einmal ein Joghurtbecher.Sie bestehen aus Polycarbonat.Sie klingen verdammt gut.
LED
Ein Alltag voller Kontraste
Auch beim heimischen TV-Gerät spielen LEDs eine erhellende ...Rolle. Sie beleuchten das bildgebende LCD-Panel von hinten und machen das Geschehen so erst sichtbar. Dabei können die LEDs ringsum im Rahmen des TV-Geräts sitzen („Edge-LED“) oder direkt hinter dem Panel. Beide LED-Technologien sind deutlich sparsamer als die bisherigen Leuchtstoffröhren. Sitzen die LEDs direkt hinter dem Panel, kann man sie über „lokales Dimming“, also punktuelles Verdunkeln, genau ansteuern: Helle Bildbereiche müssen mit viel Licht versorgt werden, die dunkleren mit weniger bis keinem. Bei Edge-LED-Geräten erscheint die gesamte Bildfläche heller oder dunkler. Die Chemie liefert für die LEDs neben Halbleitern (Galliumnitrid-Kristallplättchen) auch anorganische Leuchtstoffe. Letztere sind nötig, um Weißlicht für einen hohen Bildkontrast zu erzeugen.
