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1、.手机中的科学技术应化1201班 *近年来，手机市场的发展和竞争可谓是处于白热化的状态，国内外各个品牌以超出人们想象的速度将自己的产品推陈出新，这就不得不让人们对这手机中的科学技术感到新奇，今天就来探索探索这其中的奥秘.关键词：机身材料 屏幕材质/技术 手机电池拿到一部手机，除了眼睛对其外观的判断，人最真是的感受是对手机壳的触感，这就涉及到机身的材质问题。第一代手机（1G）是指模拟制式的移动电话，手机外壳一般厚重，对材料性能要求较低。在这一阶段，一般的PC/ABS即可以满足手机外壳的性能要求了。第二代手机（2G）是曾经国内以及全球使用范围最广的手机，硬件设计师们在发挥创新精神改变外形结构的同时
2、，也促进手机外壳材料的升级换代，玻纤增强的尼龙在这一时期逐渐应用咋手机的外壳、中框的结构件和外观件上面。第三代手机通称为3G手机，手机逐渐走向智能化，制作手机外壳的材料要求具有强度高，耐热导热性良好、具有电磁屏蔽性、尺寸稳定、外观好等特点，技术向轻量薄壁化方向发展，以达到保护、散热、美观的作用。通常主要用ABS、PC、PPA等工程塑料、合金与碳纤维或玻璃纤维的复合材料等，另外还有一些手机则使用金属材料如镁、铝、不锈钢等合金。【1】【1】玻纤增强尼龙材料在手机外壳上的应用，张锐，上海交通大学例如，Iphone5外壳采用金属+玻璃的组合，金属部分是采用了阳极氧化铝工艺的铝合金材质，覆盖整个边框和大
3、部分后盖，后盖上下两条是玻璃。铝本身就是一种质地较软、容易磨损变形的金属，黑色Iphone5并不是从内到外都是黑色的，阳极氧化铝工艺实际上只是让黑色附着在材料表面，这种黑色只是薄薄的一个涂层，特别容易在刮、磨、蹭中脱落，露出铝合金原本的质地和颜色（主要是白色），所以现在黑色版的IP5存在掉漆门，白色版目前未出现此种情况。手机的外观除了机身材料，屏幕更是重要的部分。技术的发展让如今的手机功能越来越强大。而手机很多功能的体现都是需要在手机的屏幕上体现。这也对现在的手机屏幕提出了更高的要求。更大、更清晰、触控感觉更好的屏幕已经成为了现在很多人在选购手机时候的一个重要考虑方面。为了迎合消费者这方面的需
4、求。可以看到手机厂商也是在手机的屏幕上下足了文章，如今，除了传统的TFT、LCD、LED屏幕材质外，越来越多的像Retina、ASV、CBD等这些显示技术也纷纷推出。Retina现在最火的当属苹果手机，其中的iphone4采用了名为Retina的显示技术，给消费者带来了非常震撼的视觉享受。 3.5英寸IPS液晶面板，分辨率达到了640×960像素，细腻的程度让人吃惊。这得益于Retina技术的加入。 Retina屏幕显示技术，将一个像素点分拆为四个像素进行显示，像素密度提高了4倍，达到326ppi，而300ppi是人们能看到的分辨率，326ppi就是可以让你在看
5、显示屏的时候有种看纸制品的感觉。因此，我们看到iPhone 4的屏幕显示效果大呼细腻也就不足为奇了。ASV提到显示效果好的手机，夏普一定是很多人首先想到的一个品牌。夏普凭借在在液晶面板上的技术优势，成为了高品质屏幕的代名词。夏普在手机屏幕上被大家所熟知的就是夏普ASV屏幕显示技术了。夏普的ASV(Advance Super View)技术，并不是一种面板类型，而是一种用于提高图象质量的技术。ASV技术主要是通过缩小液晶面板上颗粒之间的间距，增大液晶颗粒上光圈，并整体调整液晶颗粒的排布来降低液晶电视的反射，增加亮度、可视角和对比度。这就给我们营造出一种清晰、透亮的屏幕显示效果。SLCD近期，随着
6、Android系统手机HTC Desire的流行，SLCD这个词出现在我们眼前。 SLCD是英文Splice Liquid Crystal Display的缩写，即拼接专用液晶屏。SLCD是LCD的一个高档衍生品种，是最先进的工业液晶面板之一。这种面板之前大多使用在大型电器上，如今也被使用在手机上。从测试对比来看，SLCD屏幕色彩比一般普通材质屏幕显示效果是要好的。SuperAMOLEDSuperAMOLED材质屏幕是在2009年的时候进入人们视野的。来自三星的这种材质屏幕的手机一上市，也是给人一种非常惊艳的感觉。SuperAMOLED（Super Active Matrix/Org
7、anic Light Emitting Diode）被称为魔焕炫屏，相比传统AMOLED屏幕而言，摒弃了之前触控感应层+显示层的架构设计，操控更为灵敏。此外，取消玻璃覆盖层还带来了更佳的阳光下显示效果。同时，SuperAMOLED还搭载了mDNIe(移动数字自然图像引擎)技术能从任意角度观看并做出快速的反应。而纯黑色不发光的特性使得这类屏幕拥有极高的对比度，当然也更加节能省电。AMOLED在SuperAMOLED屏幕问世前，最被大家认可的屏幕可能还是AMOLED屏幕。这类屏幕给人的最直观的感受就是色彩显眼。 AMOLED（Active Matrix/Organic Light Emi
8、tting Diode）是有源矩阵有机发光二极体面板。相比传统的液晶面板，AMOLED具有反应速度较快、对比度更高、视角较广等特点，使得手机上能够获得了非常逼真的显示效果，让人眼看到的真实事物在手机上还原成为可能。就像上面刚刚提到的，AMOLED屏幕在显示黑色的时候，屏幕不发光，这使得屏幕对比度大大提高，使其他颜色给人带来的视觉效果更好，同时也节能省电。CBD（Clear Black Display）CBD屏幕显示技术是Claear Black Display的缩写。顾名思义，这种技术就是让屏幕显示比黑色更黑的效果。而这样一方面大大提高的屏幕的对比度，使得我们看到手机屏幕的其他颜色区域更加清楚
9、。另一方面，能够阻止其他光线对于您观看屏幕时的一种干扰，更有利于屏幕还原色彩。 这种技术在手机上的应用能够大大提高手机在户外环境使用时的显示效果，让我们无论在室内还是室外，都能够拥有最好的手机显示效果。OLEDOLED，即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电激光显示（Organic Electroluminesence Display, OELD）。因为具备轻薄、省电等特性，因此从2003年开始，这种显示设备在MP3播放器上得到了广泛应用，随后，在很多手机中也采用了这种材质的屏幕。这类屏幕的问世，首先让手机的机身能够做得更薄，各种不同造型的手
10、机满足不同消费者的需求。而功耗方面的降低，使得手机屏幕在增大的同时，还能够拥有一个比较合理的续航时间。【2】电子信息时代使对移动电源的需求快速增长，这就促进了手机电池的发展。从最初的NiCd和NiMH电池到Li离子电池,再到Li离子聚合物电池，更大能量密度,更小体积,更高寿命的手机电池有力的支持了手机的发展。镍镉电池（Ni-Cd，Nickel-Cadmiun Batteries, Ni-Cd Rechargeable Battery）是最早应用于手机、笔记本电脑等设备的电池种类，它具有良好的大电流放电特性、耐过充放电能力强、维护简单。它的构造原理是，于负极的镉(Cd)和氢氧化钠(NaOH)中的
11、氢氧根离子(OH-)化合成氢氧化镉，并附着在阳极上，同时也放出电子。电子沿着电线至阴极，和阴极的二氧化镍与氢氧化钠溶液中的水反应形成氢氧化镍和氢氧根离子，氢氧化镍会附著在阳极上，氢氧根离子则又回到氢氧化钠溶液中，故氢氧化钠溶液浓度不会随着时间而下降。放电反应式：负极反应： Cd+2OH-Cd(OH)2+2e-正极反应： 2e-+NiO2+2H2ONi(OH)2+2OH-总反应： Cd+NiO2+2H2OCd(OH)2+Ni(OH)2充电反应式：正极反应：Ni(OH)2+2OH- 2e-+NiO2+2H2O负极反应：Cd(OH)2+2e- Cd+2OH-总反应：Cd(OH)2+Ni(OH)2Cd
12、+NiO2+2H2O镍镉电池正极板上的活性物质由氧化镍粉和石墨粉组成，石墨不参加化学反应，其主要作用是增强导电性。负极板上的活性物质由氧化镉粉和氧化铁粉组成，氧化铁粉的作用是使氧化镉粉有较高的扩散性，防止结块，并增加极板的容量。活性物质分别包在穿孔钢带中，加压成型后即成为电池的正负极板。极板间用耐碱的硬橡胶绝缘棍或有孔的聚氯乙烯瓦楞板隔开。电解液通常用氢氧化钾溶液。与其它电池相比，NiCd电池的自放电率(即电池不使用时失去电荷的速率)适中。镍镉电池最致命的缺点是，在充放电过程中如果处理不当，会出现严重的“记忆效应”，使得服务寿命大大缩短。所谓“记忆效应”就是电池在充电前，电池的电量没有被完全放
13、尽，久而久之将会引起电池容量的降低，在电池充放电的过程中（放电较为明显），会在电池极板上产生些许的小气泡，日积月累这些气泡减少了电池极板的面积也间接影响了电池的容量。当然，我们可以通过掌握合理的充放电方法来减轻“记忆效应”。此外，镉是有毒的，因而镍镉电池不利于生态环境的保护。众多的缺点使得镍镉电池已基本被淘汰出数码设备电池的应用范围。电子信息时代使对移动电源的需求快速增长。由于锂离子电池具有高电压、高容量的重要优点，且循环寿命长、安全性能好，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，成为近几年广为关注的研究热点。锂离子电池(Li-ion Batteries)
14、是锂电池发展而来。在介绍Li-ion之前，先介绍锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压,不需充电.这种电池也可能充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中,容易形成锂枝晶,造成电池内部短路,所以一般情况下这种电池是禁止充电的。后来，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，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。它的工作原理是，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
15、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。锂离子电池之所以能够成为近几年手机电池的研究热点，源于它具有一些突出的优点：（1） 电压高，单体电池的工作电压高达3.6-3.9V，是Ni-Cd、Ni-H电池的3倍；（2） 比能量大，目前能达到的实际比能量为
16、100-125Wh/kg和240-300Wh/L（2倍于Ni-Cd，1.5倍于Ni-MH）,未来随着技术发展,比能量可高达150Wh/kg和400 Wh/L；（3） 循环寿命长,一般均可达到500次以上,甚至1000次以上.对于小电流放电的电器,电池的使用期限 将倍增电器的竞争力；（4） 安全性能好,无公害,无记忆效应.作为Li-ion前身的锂电池，因金属锂易形成枝晶发生短路,缩减了其应用领域：Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素：部分工艺（如烧结式）的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但Li-ion根本不存在这方面的问题；（5） 自放电小，室温下充满
17、电的Li-ion储存1个月后的自放电率为10%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%；（6）可快速充放电，1C充电是容量可以达到标称容量的80%以上；（7）工作温度范围高，工作温度为-2545°C，随着电解质和正极的改进，期望能扩宽到-4070°C。不过，每个失误都有它的两面性，锂离子电池也存在着一定的缺点，如：（1） 电池成本较高。主要表现在正极材料LiCoO2的价格高（Co的资源较少），电解质体系提纯困难。（2） 不能大电流放电。由于有机电解质体系等原因，电池内阻相对其他类电池大。故要求较小的放电电流密度，一般放电电流在0.5C以下，只适合于中
18、小电流的电器使用。（3） 需要保护线路控制。其中一种是过充保护：电池过充将破坏正极结构而影响性能和寿命；同时过充电使电解液分解，内部压力过高而导致漏液等问题；故必须在4.1V-4.2V的恒压下充电。另一种是过放保护：过放会导致活性物质的恢复困难，故也需要有保护线路控制。目前,Li离子电池已经成为一种很成熟的手机电池技术,它具有足够大的容量来满足GSM、CMDA以及其他款手机的通信功能。但是随着手机设计的性能不断增加和改进以及3G手机的引进,对于电池容量的要求越来越高。为了不断满足电池容量的要求,一方面在现有基础上不断提高工艺和设计水平,提高电池的容量,另一方面也要不断寻找新的原材料和新技术来获取更高的电池能量密度。电池的容量和性能将取得更大的进步,更好的满足市场的需求。【3】手机中的科学技术 陈云静本文仅从化学的角度对手机机身材料、屏幕的材料和技术以及电池三个角度分析手机中蕴含的科学技术，其他的如芯片材料、感应器材质、处理器原理等等方面无不时刻彰显着高新技术的魅力，希望随着知识的深入我们可以更深层次的去挖掘这其中的奥妙。*;