手機(jī)中的科學(xué)技術(shù)(雷老)

1、手機(jī)中的科學(xué)技術(shù)應(yīng)化1201班 *近年來，手機(jī)市場的發(fā)展和競爭可謂是處于白熱化的狀態(tài)，國內(nèi)外各個品牌以超出人們想象的速度將自己的產(chǎn)品推陳出新，這就不得不讓人們對這手機(jī)中的科學(xué)技術(shù)感到新奇，今天就來探索探索這其中的奧秘.關(guān)鍵詞：機(jī)身材料 屏幕材質(zhì)/技術(shù) 手機(jī)電池拿到一部手機(jī)，除了眼睛對其外觀的判斷，人最真是的感受是對手機(jī)殼的觸感，這就涉及到機(jī)身的材質(zhì)問題。第一代手機(jī)（1G）是指模擬制式的移動電話，手機(jī)外殼一般厚重，對材料性能要求較低。在這一階段，一般的PC/ABS即可以滿足手機(jī)外殼的性能要求了。第二代手機(jī)（2G）是曾經(jīng)國內(nèi)以及全球使用范圍最廣的手機(jī)，硬件設(shè)計師們在發(fā)揮創(chuàng)新精神改變外形結(jié)構(gòu)的同時，

2、也促進(jìn)手機(jī)外殼材料的升級換代，玻纖增強(qiáng)的尼龍在這一時期逐漸應(yīng)用咋手機(jī)的外殼、中框的結(jié)構(gòu)件和外觀件上面。第三代手機(jī)通稱為3G手機(jī)，手機(jī)逐漸走向智能化，制作手機(jī)外殼的材料要求具有強(qiáng)度高，耐熱導(dǎo)熱性良好、具有電磁屏蔽性、尺寸穩(wěn)定、外觀好等特點，技術(shù)向輕量薄壁化方向發(fā)展，以達(dá)到保護(hù)、散熱、美觀的作用。通常主要用ABS、PC、PPA等工程塑料、合金與碳纖維或玻璃纖維的復(fù)合材料等，另外還有一些手機(jī)則使用金屬材料如鎂、鋁、不銹鋼等合金?！?】【1】玻纖增強(qiáng)尼龍材料在手機(jī)外殼上的應(yīng)用，張銳，上海交通大學(xué)例如，Iphone5外殼采用金屬+玻璃的組合，金屬部分是采用了陽極氧化鋁工藝的鋁合金材質(zhì)，覆蓋整個邊框和大部

3、分后蓋，后蓋上下兩條是玻璃。鋁本身就是一種質(zhì)地較軟、容易磨損變形的金屬，黑色I(xiàn)phone5并不是從內(nèi)到外都是黑色的，陽極氧化鋁工藝實際上只是讓黑色附著在材料表面，這種黑色只是薄薄的一個涂層，特別容易在刮、磨、蹭中脫落，露出鋁合金原本的質(zhì)地和顏色（主要是白色），所以現(xiàn)在黑色版的IP5存在掉漆門，白色版目前未出現(xiàn)此種情況。手機(jī)的外觀除了機(jī)身材料，屏幕更是重要的部分。技術(shù)的發(fā)展讓如今的手機(jī)功能越來越強(qiáng)大。而手機(jī)很多功能的體現(xiàn)都是需要在手機(jī)的屏幕上體現(xiàn)。這也對現(xiàn)在的手機(jī)屏幕提出了更高的要求。更大、更清晰、觸控感覺更好的屏幕已經(jīng)成為了現(xiàn)在很多人在選購手機(jī)時候的一個重要考慮方面。為了迎合消費者這方面的需求

4、?？梢钥吹绞謾C(jī)廠商也是在手機(jī)的屏幕上下足了文章，如今，除了傳統(tǒng)的TFT、LCD、LED屏幕材質(zhì)外，越來越多的像Retina、ASV、CBD等這些顯示技術(shù)也紛紛推出。Retina現(xiàn)在最火的當(dāng)屬蘋果手機(jī)，其中的iphone4采用了名為Retina的顯示技術(shù)，給消費者帶來了非常震撼的視覺享受。3.5英寸IPS液晶面板，分辨率達(dá)到了640960像素，細(xì)膩的程度讓人吃驚。這得益于Retina技術(shù)的加入。 Retina屏幕顯示技術(shù)，將一個像素點分拆為四個像素進(jìn)行顯示，像素密度提高了4倍，達(dá)到326ppi，而300ppi是人們能看到的分辨率，326ppi就是可以讓你在看顯示屏的時候有種看紙制品的感覺。因此，

5、我們看到iPhone 4的屏幕顯示效果大呼細(xì)膩也就不足為奇了。ASV提到顯示效果好的手機(jī)，夏普一定是很多人首先想到的一個品牌。夏普憑借在在液晶面板上的技術(shù)優(yōu)勢，成為了高品質(zhì)屏幕的代名詞。夏普在手機(jī)屏幕上被大家所熟知的就是夏普ASV屏幕顯示技術(shù)了。夏普的ASV(Advance Super View)技術(shù)，并不是一種面板類型，而是一種用于提高圖象質(zhì)量的技術(shù)。ASV技術(shù)主要是通過縮小液晶面板上顆粒之間的間距，增大液晶顆粒上光圈，并整體調(diào)整液晶顆粒的排布來降低液晶電視的反射，增加亮度、可視角和對比度。這就給我們營造出一種清晰、透亮的屏幕顯示效果。SLCD近期，隨著Android系統(tǒng)手機(jī)HTC Desi

6、re的流行，SLCD這個詞出現(xiàn)在我們眼前。SLCD是英文Splice Liquid Crystal Display的縮寫，即拼接專用液晶屏。SLCD是LCD的一個高檔衍生品種，是最先進(jìn)的工業(yè)液晶面板之一。這種面板之前大多使用在大型電器上，如今也被使用在手機(jī)上。從測試對比來看，SLCD屏幕色彩比一般普通材質(zhì)屏幕顯示效果是要好的。SuperAMOLEDSuperAMOLED材質(zhì)屏幕是在2009年的時候進(jìn)入人們視野的。來自三星的這種材質(zhì)屏幕的手機(jī)一上市，也是給人一種非常驚艷的感覺。SuperAMOLED（Super Active Matrix/Organic Light Emitting Diode

7、）被稱為魔煥炫屏，相比傳統(tǒng)AMOLED屏幕而言，摒棄了之前觸控感應(yīng)層+顯示層的架構(gòu)設(shè)計，操控更為靈敏。此外，取消玻璃覆蓋層還帶來了更佳的陽光下顯示效果。同時，SuperAMOLED還搭載了mDNIe(移動數(shù)字自然圖像引擎)技術(shù)能從任意角度觀看并做出快速的反應(yīng)。而純黑色不發(fā)光的特性使得這類屏幕擁有極高的對比度，當(dāng)然也更加節(jié)能省電。AMOLED在SuperAMOLED屏幕問世前，最被大家認(rèn)可的屏幕可能還是AMOLED屏幕。這類屏幕給人的最直觀的感受就是色彩顯眼。AMOLED（Active Matrix/Organic Light Emitting Diode）是有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極體面板。相比傳統(tǒng)

8、的液晶面板，AMOLED具有反應(yīng)速度較快、對比度更高、視角較廣等特點，使得手機(jī)上能夠獲得了非常逼真的顯示效果，讓人眼看到的真實事物在手機(jī)上還原成為可能。就像上面剛剛提到的，AMOLED屏幕在顯示黑色的時候，屏幕不發(fā)光，這使得屏幕對比度大大提高，使其他顏色給人帶來的視覺效果更好，同時也節(jié)能省電。CBD（Clear Black Display）CBD屏幕顯示技術(shù)是Claear Black Display的縮寫。顧名思義，這種技術(shù)就是讓屏幕顯示比黑色更黑的效果。而這樣一方面大大提高的屏幕的對比度，使得我們看到手機(jī)屏幕的其他顏色區(qū)域更加清楚。另一方面，能夠阻止其他光線對于您觀看屏幕時的一種干擾，更有利

9、于屏幕還原色彩。 這種技術(shù)在手機(jī)上的應(yīng)用能夠大大提高手機(jī)在戶外環(huán)境使用時的顯示效果，讓我們無論在室內(nèi)還是室外，都能夠擁有最好的手機(jī)顯示效果。OLEDOLED，即有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode），又稱為有機(jī)電激光顯示（Organic Electroluminesence Display, OELD）。因為具備輕薄、省電等特性，因此從2003年開始，這種顯示設(shè)備在MP3播放器上得到了廣泛應(yīng)用，隨后，在很多手機(jī)中也采用了這種材質(zhì)的屏幕。這類屏幕的問世，首先讓手機(jī)的機(jī)身能夠做得更薄，各種不同造型的手機(jī)滿足不同消費者的需求。而功耗方面的降低，使得手機(jī)屏幕在增大的

10、同時，還能夠擁有一個比較合理的續(xù)航時間?！?】/197/_all.html電子信息時代使對移動電源的需求快速增長，這就促進(jìn)了手機(jī)電池的發(fā)展。從最初的NiCd和NiMH電池到Li離子電池,再到Li離子聚合物電池，更大能量密度,更小體積,更高壽命的手機(jī)電池有力的支持了手機(jī)的發(fā)展。鎳鎘電池（Ni-Cd，Nickel-Cadmiun Batteries, Ni-Cd Rechargeable Battery）是最早應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦等設(shè)備的電池種類，它具有良好的大電流放電特性、耐過充放電能力強(qiáng)、維護(hù)簡單。它的構(gòu)造原理是，于負(fù)極的鎘(Cd)和氫氧化鈉(N

11、aOH)中的氫氧根離子(OH-)化合成氫氧化鎘，并附著在陽極上，同時也放出電子。電子沿著電線至陰極，和陰極的二氧化鎳與氫氧化鈉溶液中的水反應(yīng)形成氫氧化鎳和氫氧根離子，氫氧化鎳會附著在陽極上，氫氧根離子則又回到氫氧化鈉溶液中，故氫氧化鈉溶液濃度不會隨著時間而下降。放電反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)： Cd+2OH-Cd(OH)2+2e-正極反應(yīng)： 2e-+NiO2+2H2ONi(OH)2+2OH-總反應(yīng)： Cd+NiO2+2H2OCd(OH)2+Ni(OH)2充電反應(yīng)式：正極反應(yīng)：Ni(OH)2+2OH- 2e-+NiO2+2H2O負(fù)極反應(yīng)：Cd(OH)2+2e- Cd+2OH-總反應(yīng)：Cd(OH)2+Ni(

12、OH)2Cd+NiO2+2H2O鎳鎘電池正極板上的活性物質(zhì)由氧化鎳粉和石墨粉組成，石墨不參加化學(xué)反應(yīng)，其主要作用是增強(qiáng)導(dǎo)電性。負(fù)極板上的活性物質(zhì)由氧化鎘粉和氧化鐵粉組成，氧化鐵粉的作用是使氧化鎘粉有較高的擴(kuò)散性，防止結(jié)塊，并增加極板的容量?；钚晕镔|(zhì)分別包在穿孔鋼帶中，加壓成型后即成為電池的正負(fù)極板。極板間用耐堿的硬橡膠絕緣棍或有孔的聚氯乙烯瓦楞板隔開。電解液通常用氫氧化鉀溶液。與其它電池相比，NiCd電池的自放電率(即電池不使用時失去電荷的速率)適中。鎳鎘電池最致命的缺點是，在充放電過程中如果處理不當(dāng)，會出現(xiàn)嚴(yán)重的“記憶效應(yīng)”，使得服務(wù)壽命大大縮短。所謂“記憶效應(yīng)”就是電池在充電前，電池的電量

13、沒有被完全放盡，久而久之將會引起電池容量的降低，在電池充放電的過程中（放電較為明顯），會在電池極板上產(chǎn)生些許的小氣泡，日積月累這些氣泡減少了電池極板的面積也間接影響了電池的容量。當(dāng)然，我們可以通過掌握合理的充放電方法來減輕“記憶效應(yīng)”。此外，鎘是有毒的，因而鎳鎘電池不利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。眾多的缺點使得鎳鎘電池已基本被淘汰出數(shù)碼設(shè)備電池的應(yīng)用范圍。電子信息時代使對移動電源的需求快速增長。由于鋰離子電池具有高電壓、高容量的重要優(yōu)點，且循環(huán)壽命長、安全性能好，使其在便攜式電子設(shè)備、電動汽車、空間技術(shù)、國防工業(yè)等多方面具有廣闊的應(yīng)用前景，成為近幾年廣為關(guān)注的研究熱點。鋰離子電池(Li-ion Batt

14、eries)是鋰電池發(fā)展而來。在介紹Li-ion之前，先介紹鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負(fù)極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓,不需充電.這種電池也可能充電,但循環(huán)性能不好,在充放電循環(huán)過程中,容易形成鋰枝晶,造成電池內(nèi)部短路,所以一般情況下這種電池是禁止充電的。后來，日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。它的工作原理是，當(dāng)對電池進(jìn)行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電

15、容量越高。同樣，當(dāng)對電池進(jìn)行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出， 又運動回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。在Li-ion的充放電過程中，鋰離子處于從正極負(fù)極正極的運動狀態(tài)。Li-ion Batteries就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象運動員一樣在搖椅來回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫搖椅式電池。鋰離子電池之所以能夠成為近幾年手機(jī)電池的研究熱點，源于它具有一些突出的優(yōu)點：（1） 電壓高，單體電池的工作電壓高達(dá)3.6-3.9V，是Ni-Cd、Ni-H電池的3倍；（2） 比能量大，目前能達(dá)到的

16、實際比能量為100-125Wh/kg和240-300Wh/L（2倍于Ni-Cd，1.5倍于Ni-MH）,未來隨著技術(shù)發(fā)展,比能量可高達(dá)150Wh/kg和400 Wh/L；（3） 循環(huán)壽命長,一般均可達(dá)到500次以上,甚至1000次以上.對于小電流放電的電器,電池的使用期限 將倍增電器的競爭力；（4） 安全性能好,無公害,無記憶效應(yīng).作為Li-ion前身的鋰電池，因金屬鋰易形成枝晶發(fā)生短路,縮減了其應(yīng)用領(lǐng)域：Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對環(huán)境有污染的元素：部分工藝（如燒結(jié)式）的Ni-Cd電池存在的一大弊病為“記憶效應(yīng)”，嚴(yán)重束縛電池的使用，但Li-ion根本不存在這方面的問題；（5） 自放電小

17、，室溫下充滿電的Li-ion儲存1個月后的自放電率為10%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%；（6）可快速充放電，1C充電是容量可以達(dá)到標(biāo)稱容量的80%以上；（7）工作溫度范圍高，工作溫度為-2545C，隨著電解質(zhì)和正極的改進(jìn)，期望能擴(kuò)寬到-4070C。不過，每個失誤都有它的兩面性，鋰離子電池也存在著一定的缺點，如：（1） 電池成本較高。主要表現(xiàn)在正極材料LiCoO2的價格高（Co的資源較少），電解質(zhì)體系提純困難。（2） 不能大電流放電。由于有機(jī)電解質(zhì)體系等原因，電池內(nèi)阻相對其他類電池大。故要求較小的放電電流密度，一般放電電流在0.5C以下，只適合于中小電流的電器使用。（3） 需要保護(hù)線路控制。其中一種是過充保護(hù)：電池過充將破壞正極結(jié)構(gòu)而影響性能和壽命；同時過充電使電解液分解，內(nèi)部壓力過高而導(dǎo)致漏液等問題；故必須在4.1V-4.2V的恒壓下充電。另一種是過放保護(hù)：過放會導(dǎo)致活性物質(zhì)的恢復(fù)困難，故也需要有保護(hù)線路控制。目前,Li離子電池已經(jīng)成為一種很成熟的手機(jī)電池技術(shù),它具有足夠大的容量來滿足GSM、CMDA以及其他款手機(jī)的