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Die ganze Welt in einer Hand

Fast jeder Deutsche besitzt eins, manche sogar mehrere: Die Rede ist von Mobiltelefonen. Ohne die Chemie wären die kleinen Alleskönner nicht denkbar. Denn die Innovationen der Branche prägen fast jedes Bauteil – vom Gehäuse über die Displays und Mikrochips bis hin zum Akku. Wie die Chemie für unsere mobile Kommunikation und Unterhaltung sorgt und wie die stationären Vorläufer von Smartphones & Co. aussahen, erfahren Sie hier.

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Telefon mit WählscheibeTelefon mit WählscheibeTelefon mit Wählscheibe

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.

Kommunikation

Gesprächiges Örtchen

Im Scherz – aber nicht ganz zu Unrecht – wurde ...das gelbe Telefonhäuschen als wichtigste Immobilie der Deutschen Post bezeichnet. Wände, Tür und Dach bestehen aus glasfaserverstärktem Polyester. Dieses Material zählt zu den Verbundwerkstoffen, die sich durch eine hohe Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit auszeichnen – und das bei äußerst geringem Gewicht. Mehr als 276 Kilogramm brachte ein voll ausgebautes Telefonhäuschen vom Typ TelH 78 nicht auf die Waage. Verbundwerkstoffe machen eine stabile Leichtbauweise möglich und finden deshalb auch im Bau von Flugzeugen, Booten, Fahrzeugen sowie in der Raumfahrt Anwendung. Bei ihrer Herstellung werden z. B. Polyesterharz oder Epoxidharz mit Verstärkungsstoffen wie Glasfasern oder Kohlefasern kombiniert. Dadurch entstehen Hightech-Materialien, die andere Werkstoffe in ihren Eigenschaften oft bei Weitem übertreffen.

E-Bike mit AkkuE-Bike mit AkkuE-Bike mit Akku

Kommunikation

Die Chemie in der Batterie

Lithium-Ionen-Akkus weisen im Vergleich zu ihren Vorgängern ...viele Vorteile auf. Sie verfügen über eine deutlich höhere Ladungskapazität, eine lange Lebensdauer und eine nur geringe Selbstentladung. Für diese Kraftpakete liefert die Chemie die unterschiedlichsten Bestandteile. So besteht der Minuspol aus Graphit, der Pluspol aus einem Lithium-Metalloxid. Zwischen den Polen befindet sich eine stromleitende Flüssigkeit, der Elektrolyt. Dabei handelt es sich um in Lösungsmitteln gelöste Salze. Plus und Minus sind im Innern durch eine Separatorfolie voneinander getrennt, die jedoch für geladene Teilchen durchlässig ist. Braucht das mit dem Akku betriebene Gerät Strom, wandern diese geladenen Teilchen durch den Elektrolyten zum Minuspol, beim Laden in die entgegengesetzte Richtung.

Kommunikation

Vom Rauchzeichen zum Smartphone

Früher ging so manche gute Idee in Rauch auf – und ...verflog deshalb oft ungehört. Mittlerweile hat der Fortschritt den Kommunikationsmitteln das Rauchen abgewöhnt. Diese setzen nicht mehr auf Sehsinn und Schönwetter wie die altertümlichen Rauchzeichen, sondern auf unser Gehör. So war man seit den ersten Telefonen „voll auf Draht“, bevor schließlich Mobiltelefone dem Kabelsalat ein Ende und ortsunabhängiges Telefonieren selbstverständlich machten. Heute bieten sie auch wieder etwas fürs Auge: Textkommunikation, Videotelefonie und Kamerafunktionen.

Kommunikation

Am Stück telefonieren

Auch wenn er nie in Serie ging, avancierte der „Hockende ...Hund“ von Siemens zu einem echten Designklassiker. Beim Telefon „Modell 29" – so der offizielle Name – waren Hörer und Gehäuse zu einem Stück verschmolzen. Nur Klingel und Induktorspule waren zur Wandmontage in einem separaten Gehäuse untergebracht. Sein exaltiertes Design und sein geringes Gewicht hatte das Gerät der Kunststoffindustrie zu verdanken, die mit dem Kunststoff Bakelit damals noch am Anfang stand. Anders als der „Hockende Hund“ schaffte das kurz zuvor herausgebrachte Modell „W28“ – erstmals mit einem Bakelit-Hörer – den Marktdurchbruch. Seine Nachfolger, „W38“ und „W48“, gelten mit ihren Bakelit-Gehäusen als Klassiker des Industriedesigns. Heute gibt es eine Vielzahl von Kunststoffen, deren Flexibilität, Stabilität und Form sich je nach Einsatzzweck exakt anpassen lassen.

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Black is beautiful

Nicht jeder Designer, der schwarzsehen will, ist ein ...Pessimist. Schließlich gilt Schwarz seit jeher als elegante, zeitlose Farbe. Etliche Designklassiker verdanken ihren Schick dem dunkelsten aller Töne – so auch der „Hockende Hund“. Zwar ist der Kunststoff Bakelit eher dunkel, für ein sattes Tiefschwarz musste man jedoch nachhelfen. Deshalb nutzte man bei der Fertigung der schwarzen Bakelit-Gehäuseteile ein Material, das bereits die Chinesen bei der Herstellung von Tinte verwandten: Ruß. Die industrielle Produktion von Rußen begann in der Blütezeit der frühen Kunststoffindustrie in den 1930er-Jahren. Heute verhelfen etwa 15 Prozent der weltweiten Rußproduktion Farben, Lacken und Druckertinten zu ihrem Schwarz. 85 Prozent werden für die Reifenherstellung benötigt.

Kommunikation

Häuschen, wechsel dich!

Kein einfacher Job. Ins Auge springen musste es, langlebig ...sein sowie Wind und Wetter trotzen: das Gelb der Telefonhäuschen. Anforderungen, die der Polyurethan-Lack beim TelH 78 bestens erfüllte. PUR-Lacke zeichnen sich durch ihre große Festigkeit, hohe Haftung und Widerstandsfähigkeit gegen UV-Strahlung, Temperaturwechsel, Wasser und Chemikalien aus. Bis man sich auf die Farbe Gelb einigte, hatten deutsche Telefonhäuschen eine farbenfrohe Geschichte hinter sich. Von Blau und Gelb (1932) über Schwarz und Rot (1934) gelangte man schließlich 1946 zu Gelb. Doch das Häuschen-wechsel-dich-Spiel ging weiter – wenn auch nur in Nuancen. Nach dem 1946er Honiggelb (RAL 1005) folgte 1972 das Rapsgelb (RAL 1021) als offizielle Postfarbe, bevor das Ginstergelb (RAL 1032) ab 1986 die letzte Epoche vor der Magenta-Grau-Ära markierte.

das erste Handy der Weltdas erste Handy der Weltdas erste Handy der Welt

Kommunikation

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.

MikroprozessorenMikroprozessorenMikroprozessoren

Kommunikation

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.

Handy mit Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH)Handy mit Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH)Handy mit Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH)

Kommunikation

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.

SmartphoneSmartphoneSmartphone

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.

ProzessorProzessorProzessor

Kommunikation

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.

Chemie im Alltag - Der Schrittmacher der UnterhaltChemie im Alltag - Der Schrittmacher der UnterhaltChemie im Alltag - Der Schrittmacher der Unterhalt

Kommunikation

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.

leitfähige Klebstoffe in Smartphonesleitfähige Klebstoffe in Smartphonesleitfähige Klebstoffe in Smartphones

Kommunikation

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.

Touchpad mit LEDTouchpad mit LEDTouchpad mit LED

LED

Es werde Licht!

Endlich klare Sicht – für eine optimale Bildqualität ...wird bei hochwertigen LC-Displays der gesamte Bildschirmbereich hinterleuchtet. Das Ergebnis kann sich sehen lassen: satte Farben, mehr Helligkeit, stärkerer Kontrast und eine gleichmäßige Ausleuchtung der Bildfläche. Dafür sorgen Lichtleiter und Leuchtdioden (LEDs). Als Lichtquelle dienen die LEDs. Sie sind langlebig, energiesparend und verbrauchen kaum Platz. Verschiedene Leuchtstoffe und Halbleitermaterialien aus der Chemie bringen Leuchtkraft und Farbe. Die Lichtleiter der Beleuchtungsmodule (Backlight Units) bestehen aus Kunststoffen wie Polymethylmethacrylat (PMMA). Sie lenken das Licht an die richtigen Stellen und verteilen es gleichmäßig. Der äußerst transparente und kratzfeste Kunststoff PMMA ist besser bekannt als Acrylglas.

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