手機中的科學技術(雷老)

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

2、也促進手機外殼材料的升級換代，玻纖增強的尼龍在這一時期逐漸應用咋手機的外殼、中框的結構件和外觀件上面。第三代手機通稱為3G手機，手機逐漸走向智能化，制作手機外殼的材料要求具有強度高，耐熱導熱性良好、具有電磁屏蔽性、尺寸穩(wěn)定、外觀好等特點，技術向輕量薄壁化方向發(fā)展，以達到保護、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合材料等，另外還有一些手機則使用金屬材料如鎂、鋁、不銹鋼等合金。【1】【1】玻纖增強尼龍材料在手機外殼上的應用，張銳，上海交通大學例如，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，覆蓋整個邊框和大部

3、分后蓋，后蓋上下兩條是玻璃。鋁本身就是一種質地較軟、容易磨損變形的金屬，黑色Iphone5并不是從內到外都是黑色的，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。手機的外觀除了機身材料，屏幕更是重要的部分。技術的發(fā)展讓如今的手機功能越來越強大。而手機很多功能的體現(xiàn)都是需要在手機的屏幕上體現(xiàn)。這也對現(xiàn)在的手機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成為了現(xiàn)在很多人在選購手機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、。可以看到手機廠商也是在手機的屏幕上下足了文章，如今，除了傳統(tǒng)的TFT、LCD、LED屏幕材質外，越來越多的像Retina、ASV、CBD等這些顯示技術也紛紛推出。Retina現(xiàn)在最火的當屬蘋果手機，其中的iphone4采用了名為Retina的顯示技術，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，分辨率達到了640960像素，細膩的程度讓人吃驚。這得益于Retina技術的加入。 Retina屏幕顯示技術，將一個像素點分拆為四個像素進行顯示，像素密度提高了4倍，達到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膩也就不足為奇了。ASV提到顯示效果好的手機，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優(yōu)勢，成為了高品質屏幕的代名詞。夏普在手機屏幕上被大家所熟知的就是夏普ASV屏幕顯示技術了。夏普的ASV(Advance Super View)技術，并不是一種面板類型，而是一種用于提高圖象質量的技術。ASV技術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上。從測試對比來看，SLCD屏幕色彩比一般普通材質屏幕顯示效果是要好的。SuperAMOLEDSuperAMOLED材質屏幕是在2009年的時候進入人們視野的。來自三星的這種材質屏幕的手機一上市，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層+顯示層的架構設計，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(移動數字自然圖像引擎)技術能從任意角度觀看并做出快速的反應。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，當然也更加節(jié)能省電。AMOLED在SuperAMOLED屏幕問世前，最被大家認可的屏幕可能還是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）是有源矩陣有機發(fā)光二極體面板。相比傳統(tǒng)

8、的液晶面板，AMOLED具有反應速度較快、對比度更高、視角較廣等特點，使得手機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屏幕顯示技術是Claear Black Display的縮寫。顧名思義，這種技術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。 這種技術在手機上的應用能夠大大提高手機在戶外環(huán)境使用時的顯示效果，讓我們無論在室內還是室外，都能夠擁有最好的手機顯示效果。OLEDOLED，即有機發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode），又稱為有機電激光顯示（Organic Electroluminesence Display, OELD）。因為具備輕薄、省電等特性，因此從2003年開始，這種顯示設備在MP3播放器上得到了廣泛應用，隨后，在很多手機中也采用了這種材質的屏幕。這類屏幕的問世，首先讓手機的機身能夠做得更薄，各種不同造型的手機滿足不同消費者的需求。而功耗方面的降低，使得手機屏幕在增大的

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，這就促進了手機電池的發(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,更高壽命的手機電池有力的支持了手機的發(fā)展。鎳鎘電池（Ni-Cd，Nickel-Cadmiun Batteries, Ni-Cd Rechargeable Battery）是最早應用于手機、筆記本電腦等設備的電池種類，它具有良好的大電流放電特性、耐過充放電能力強、維護簡單。它的構造原理是，于負極的鎘(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。放電反應式：負極反應： Cd+2OH-Cd(OH)2+2e-正極反應： 2e-+NiO2+2H2ONi(OH)2+2OH-總反應： Cd+NiO2+2H2OCd(OH)2+Ni(OH)2充電反應式：正極反應：Ni(OH)2+2OH- 2e-+NiO2+2H2O負極反應：Cd(OH)2+2e- Cd+2OH-總反應：Cd(OH)2+Ni(

12、OH)2Cd+NiO2+2H2O鎳鎘電池正極板上的活性物質由氧化鎳粉和石墨粉組成，石墨不參加化學反應，其主要作用是增強導電性。負極板上的活性物質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散性，防止結塊，并增加極板的容量?；钚晕镔|分別包在穿孔鋼帶中，加壓成型后即成為電池的正負極板。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，會出現(xiàn)嚴重的“記憶效應”，使得服務壽命大大縮短。所謂“記憶效應”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。當然，我們可以通過掌握合理的充放電方法來減輕“記憶效應”。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。眾多的缺點使得鎳鎘電池已基本被淘汰出數碼設備電池的應用范圍。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備、電動汽車、空間技術、國防工業(yè)等多方面具有廣闊的應用前景，成為近幾年廣為關注的研究熱點。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，當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負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，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負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3.6-3.9V，是Ni-Cd、Ni-H電池的3倍；（2） 比能量大，目前能達到的

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）,未來隨著技術發(fā)展,比能量可高達150Wh/kg和400 Wh/L；（3） 循環(huán)壽命長,一般均可達到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.作為Li-ion前身的鋰電池，因金屬鋰易形成枝晶發(fā)生短路,縮減了其應用領域：Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對環(huán)境有污染的元素：部分工藝（如燒結式）的Ni-Cd電池存在的一大弊病為“記憶效應”，嚴重束縛電池的使用，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充電是容量可以達到標稱容量的80%以上；（7）工作溫度范圍高，工作溫度為-2545C，隨著電解質和正極的改進，期望能擴寬到-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），電解質體系提純困難。（2） 不能大電流放電。由于有機電解質體系等原因，電池內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） 需要保護線路控制。其中一種是過充保護：電池過充將破壞正極結構而影響性能和壽命；同時過充電使電解液分解，內部壓力過高而導致漏液等問題；故必須在4.1V-4.2V的恒壓下充電。另一種是過放保護：過放會導致活性物質的恢復困難，故也需要有保護線路控制。目前,Li離子電池已經成為一種很成熟的手機電池技術,它具有足夠大的容量來滿足GSM、CMDA以及其他款手機的