手机中的化学
作为一门最古老的学科,化学无时无刻不影响着我们今天的现代社会。可以说,化学造就了我们今天的社会,我们的日常生活离不开化学。
手机是当今现代通讯,是我们人与人之间沟通交流的重要途径。随着生活节奏的加快,我们的生活就更加离不开手机。作为重要的通讯工具,手机是各种现代高科技的结晶产品。在这些高科技中,化学必不可少。
手机主要有液晶屏,主办和外壳构成。虽然体积不大,但是其中却包含着许多当今最高端的化学技术,在不经意间,化学改变着我们的生活。下面我就介绍下手机中的化学。
现在的手机屏幕采用的大多是液晶技术。液晶(Liquid Crystal,简称LC)是相态的一种,因为具有特殊的理化与光电特性,20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。人们熟悉的物质状态(又称相)为气、液、固,较为生疏的是等离子和液晶。液晶相要具有特殊形状分子组合始会产生,它们可以流动,又拥有结晶的光学性质。液晶的定义,现在以放宽而囊括了在某一温度范围可以是现液晶相,在较低温度为正常结晶之物质。而液晶的组成物质是一种有机化合物,也就是以碳为中心所构成的化合物。同时具有两种物质的液晶,是以分子间力量组合的,它们的特殊光学性质,又对电磁场敏感,极有实用价值。在1850年,普鲁士医生鲁道夫·菲尔绍(Rudolf Virchow)等人发现神经纤维的萃取物中含有一种不寻常的物质。 1877年,德国物理学家奥托·雷曼(Otto Lehmann)运用偏光显微镜首次观察到了液晶化的现象,但他对此现象的成因并不了解。
奥地利布拉格德国大学的植物生理学家斐德烈·莱尼泽在1883年3月14日(Friedrich Reinitzer)借由在植物内加热安息香酸胆固醇酯(Cholesteryl Benzoate)研究胆固醇,观察到胆固醇苯甲酸酯在热熔时的异常表现。该物质在145.5℃时熔化,产生了带有光彩的混浊物,温度升到178.5℃后,光彩消失,液体透明。此澄清液体稍微冷却,混浊又复出现,瞬间呈现蓝色。莱尼泽反复确定他的发现后,向德国物理学家雷曼请教。当时雷曼建造了一座具有加热功能的显微镜去探讨液晶降温结晶之过程,后来更加上了偏光镜,成为深入研究莱涅泽的化合物的重要仪器。从那时开始,雷曼的精力完全集中在该类物质。他开始以为这种物质是软晶体,然后改称晶态流体,最后深信偏振光性质为该物质特有,流动晶体(Fliessende kristalle)的名字才算正确。此名称与液晶(Flussige kristalle)已经十分相近。莱尼泽和雷曼因此被誉为液晶之父。
由嘉德曼(L. gattermann)、利区克(A Ristschke)合成的氧偶氮醚,也是被雷曼鉴定为属于液晶的一种。但在20世纪,有名的科学家如坦曼(G. tammann)都以为雷曼等的观察,只是极微细晶体悬浮在液体形成胶体之现象。涅斯特(W. Nernst)则认为液晶只是化合物的互变异构物之混合物。不过,化学家伏兰德(D. Vorlander)的努力由聚集经验使他能预测哪一类的化合物最可能呈现液晶特性,然后合成取得该等化合物质,该理论于是被证明。
液晶显示材料利用液晶的电光效应把电信号转换成字符、图像等可见信号。液晶在正常情况下,其分子排列很有秩序,显得清澈透明,一旦加上直流电场后,分子的排列被打乱,一部分液晶变得不透明,颜色加深,因而能显示数字和图象。
根据液晶会变色的特点,人们利用它来指示温度、报警毒气等。例如,液晶能随着温度的变化,使颜色从红变绿、蓝。这样可以指示出某个实验中的温度。液晶遇上氯化氢、氢氰酸之类的有毒气体,也会变色。在化工厂,人们把液晶片挂在墙上,一旦有微量毒气逸出,液晶变色了,就提醒人们赶紧去检查、补漏。
液晶种类很多,通常按液晶分子的中心桥键和环的特征进行分类。目前已合成了1万多种液晶材料,其中常用的液晶显示材料有上千种,主要有联苯液晶、苯基环己烷液晶及酯类液晶等。液晶显示材料具有明显的优点:驱动电压低、功耗微小、可靠性高、显示信息量大、彩色显示、无闪烁、对人体无危害、生产过程自动化、成本低廉、可以制成各种规格和类型的液晶显示器,便于携带等。由于这些优点。用液晶材料制成的计算机终端和电视可以大幅度减小体积等。液晶显示技术对显示显像产品结构产生了深刻影响,促进了微电子技术和光电信息技术的发展。
手机早期使用的外壳都是金属外壳,虽然结实,但是由于其质量严重阻碍了手机的发展。到了后来采用了化学工艺合成出了新材料,使轻巧的手机成为了人们的挚爱。现在的手机外壳主要是采用ABS塑胶。ABS塑胶,化学名称:丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile Butadiene Styrene)。 ABS塑胶综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好;与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理.;有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别;流动性比HIPS差一点,比PMMA、PC等好,柔韧性好。ABS合成塑料作外壳的手机得以一时风靡,在年轻一族装点手机炫耀个性时成为了首选,他们钟爱塑料外壳的透视感,宠爱塑料无限的色彩变幻,因为这代表着他们多彩且无拘束的生活,也是他们能成为都市人流中闪烁亮点的重要标志。
现在我们使用的手机大部分都是采用的锂电池。而电池技术的发展更是得益于化学的发展。锂电池的出现大大的方便了我们的生活。
锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。使用以下反应:Li+MnO2=LiMnO2该反应为氧化还原反应,放电。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。日本索尼公司发明了以炭材料为负极,以含锂的化合物作正极的锂电池,在充放电过程中,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。同样,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出, 又运动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion Batteries就像一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。
随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用,锂离子电池以优异的性能在这类产品中得到广泛应用,并在近年逐步向其他产品应用领域发展。习惯上,人们把锂离子电池也称为锂电池,现在锂离子电池已经成为了主流。
锂离子电池主要优点表现在:
1、比能量高。具有高储存能量密度,目前已达到460-600Wh/kg,是铅酸电池的约6-7倍;
2、使用寿命长,使用寿命可达到6年以上,磷酸亚铁锂为正极的电池用1CDOD充放,有可以使用10,000次的记录;
3、额定电压高(单体工作电压为3.7V或3.2V),约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压,便于组成电池电源组;
4、具备高功率承受力,其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力,便于高强度的启动加速;
5、自放电率很低,这是该电池最突出的优越性之一,目前一般可做到1%/月以下,不到镍氢电池的1/20;
6、重量轻,相同体积下重量约为铅酸产品的1/5-6;
7、高低温适应型强,可以在-20℃--60℃的环境下使用,经过工艺上的处理,可以在-45℃环境下使用;
8、绿色环保,不论生产、使用和报废,都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。
9、生产基本不消耗水,对缺水的我国来说,十分有利。
锂电池的缺点主要体现在:锂原电池均存在安全性差,有发生爆炸的危险;钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电;锂离子电池均需保护线路,防止电池被过充过放电;生产要求条件高,成本高。
以上只是简略的介绍了与手机有关的一些化学,实际生活中还有许许多多的化学等着我们去发现,去了解。所以我们需要好好学习化学知识,这样才能用自己的知识去为社会建设做贡献,从而更好的服务社会,体现出我们自身的价值。