A TECHNOLÓGIA MÉRFÖLDKÖVEI KÉMIKUS SZEMMEL II. KOMMUNIKÁCIÓ

1. A TECHNOLÓGIA MÉRFÖLDKÖVEI KÉMIKUS SZEMMELII. KOMMUNIKÁCIÓ A XIX. század végétől napjainkig zajló kémiai, mérnöki és elektronikai fejlesztések lehetővé teszik számunkra, hogy a világ bármely pontjával kapcsolatot teremtsünk. Az elmúlt évszázadban az emberiség élete gyökeres változáson ment keresztül: a vidéki élettől kezdve a városi életig, az elitoktatástól a népoktatásig, a mezőgazdasági munkától a tudományos munkáig minden megváltozott. Az emberek tömeges mértékű közlekedése, az információdömping, az új ötletek, elképzelések folyamatos áradata jelentős szociális változást hozott magával. A kémia eredményei számos olyan kommunikációs eszköz kifejlesztéséhez járultak hozzá, melyekre szükségünk van ahhoz, hogy információt szerezzünk, tároljunk és továbbadjunk. A vezeték nélküli telefonok és a száloptika szolgálja ki az internetes társadalmat. A szilícium-kémia és a kitűnő minőségű polimerek lehetővé teszik a mikroprocesszorok kialakítását. A mozi, a televízió, a fényképezőgép működése a kémia eredményeire támaszkodva segíti megőrizni emlékeinket. A kémikusok által elért tudományos eredmények hozzájárulnak ahhoz, hogy egymástól távol lévő családtagok kapcsolatot tarthassanak egymással. II.1. Kommunikációs fejlesztések A telefon fejlődése Vezeték nélküli kommunikáció Fax és fénymásoló technológia Lézer és száloptika II.2. Számítástechnika A számítógépek fejlődése Félvezető technológia Szilícium chipek és integrált áramkörök II.3. Számítástechnika és műholdak Monitor és kivetítő technológia Információtárolás Kommunikációs műholdak II.4. Szórakoztatóipar Mozi Televízió Fényképezés II.5. Elektronikai újítások Tranzisztorok Fejlett szintetikus anyagok Fejlesztések a mindennapi élet elektronikája területén

2. Kronológia 1876:Alexander Graham Bell megalkotja az első telefont. 1926: A Warner testvérek elkészítik az első zenével és hanghatásokkal szinkronizált filmet. 1926:Elhangzik az első kétoldalú beszélgetés az Atlanti-óceánon keresztül. 1927:Philo T. Farnsworth katódsugárcső alkalmazásával közvetíti az első televíziós adást. 1946:Működésbe lép az első elektronikus, digitális számítógép, az ENIAC. 1944-től a magyar Neumann János részt vesz az ENIAC néhány matematikai-logikai részletének módosításában. 1947:Amerikában, a Bell Telephone Laboratories-ban feltalálják a tranzisztort. 1955:Reynold Johnson létrehozza az első lemezmeghajtót. 1958:Jack Kilby feltalálja az integrált áramkört (IC). 1961:Megjelennek a szilícium chipek. 1962:Felküldik a világ első kommunikációs műholdját, a Telstar-t. 1963:A Kodak cég piacra dobja az első teljesen zárt filmkazetta-rendszerrel működő fényképezőgépet. 1971: Az Intel cég kifejleszti a 4004 4-bit-es mikroprocesszorát fogyasztói használatra. 1977:Chicago belvárosában tesztelik az első száloptikás kommunikációs rendszert. 1983:Miután a vezeték nélküli technológiát kifejlesztették, a mobiltelefonok egyre népszerűbbé váltak. 1984:Párhuzamosan fejlesztették ki a CD-ROM-ot (compact disc read only memory), és a lemezt leolvasó meghajtót, a CD- lejátszót.

3. II.1. Kommunikációs fejlesztések A telefon fejlődése A telefon 1876-tól, amióta Alexander Graham Bell feltalálta, a modern élet meghatározó eszközévé vált, hiszen ma már szinte azonnali kapcsolatot biztosít a világ bármely pontjával. Az első kétirányú beszélgetés az Atlanti óceánon keresztül történt 1926-ban, majd 1927-ben az AT&T cég megkezdi a kereskedelmi telefonszolgáltatást New York és London között. Ekkor még rádiót használtak, majd 1956-tól tenger alatti kábelekkel biztosították a kapcsolatot, 1962-től pedig kommunikációs műholdakat használnak. A mai vegyészmérnökök juttatták el az emberiséget a rézvezetékektől a száloptikáig, a kapcsolótábláktól a műholdakig és az ikertelefonoktól az internetig. A. Graham Bell

4. II.1. Kommunikációs fejlesztések Vezeték nélküli kommunikáció A mobiltelefonok és a vezeték nélküli lapírók (vagy más néven pagerek=egyirányú kommunikációs eszközök, melyek szöveges üzenet fogadására képesekpl.: orvosi csipogók) működése a kémia által kifejlesztett nyomtatott és integrált áramköröktől, korszerű anyagoktól és a miniatürizációs technikáktól függ. Az AT&T laboratóriuma az 1940-es években kifejlesztette a mobil autótelefonokat, de ezek nem voltak népszerűek a kommunikációs csatornák hiányosságai miatt. Az 1980-as évek nagy áttörést hoztak: a vezeték nélküli kommunikációs rendszert területileg felosztott cellasorozatok közötti kapcsolatrendszerre bontották, amelyek automatikusan kapcsolták a helyhez nem kötött hívókat, és így minden egyes cella ismételten használható volt. A „mobiltelefonok” gyorsan népszerűvé váltak. A kémia is fontos szerepet játszott az újra tölthető lítium-ionos akkumulátorok fejlesztésében. Kapcsolótábla

5. II.1. Kommunikációs fejlesztések Fax és fénymásoló technológia Arthur Korn, német feltalálónak már 1902-ben sikerült képet továbbítania, de a működő faxgép, amelyben egy telefonrendszert adaptáltak kép közvetítésére, csak 1924-ben mutatkozott be. Ez volt a telefotográfia, mely fényképes diát alakított át elektromos jellé, ami a kép sötét részeit mutatta. Ezeket az adatokat telefonon keresztül továbbították egy fotópapírra, és a képet a sötétkamrában hívták elő. 1949-ben mutatták be a fénymásoló gépet, ami képes volt egy kép pontos másának előállítására. A fax technológia területén történt kémiai fejlesztések nagy jelentőségűek, szerepük volt új színezők, festékek, a fejlett papírtechnológia kifejlesztésében, és az 1970-es években a szerves fotoreceptor technológia kialakulásában. Telefotográfia

6. II.1. Kommunikációs fejlesztések Lézer és száloptika Egy forradalmian új technológia eredményeként ma lézerfény segítségével üvegszálak szolgáltatják az infrastruktúrában az információk szállítását. A vegyészek az első optikai szálat 1970-ben találták fel. Először a száloptikát integrált alkatrészként gyártották. Az első fénysugaras rendszert 1977-ben hozták létre, amely egy hálózaton keresztül hang-, adat- és video-szolgáltatást nyújtott. Ma egyetlen száloptikai kábel képes milliónyi telefonhívás, adatfájl és videokép továbbítására. Száloptika fektetése Chicago belvárosában (1977)

7. II.2. Számítástechnika A számítógépek fejlődése A vegyészmérnöki tudomány táplálta a számítógépes forradalmat, és folyamatosan elősegítette, hogy a számítógépek gyorsabbá, nagyobb teljesítményűvé és olcsóbbá váljanak. Az első számítógépet 1939-ben mutatták be Iowa állam egyetemén. Az 1940-es években kezdett elterjedni a programozható zsebszámológép, mely a kettes számrendszeren és a kétértékű logikán alapult. 1946-ban kezdte el működését az első elektronikus digitális számítógép, az ENIAC, és 1962-ben mutatkozott be az első minikomputer. 1971-ben az Intel cég bemutatta a népszerű 4004 4-bites mikroprocesszorát, amelyet fogyasztói használatra szántak. Erre az időre tehető a személyi számítógépek piacának robbanása is. Ma a fejlesztések számos területen folynak tovább (tranzisztorok, szilícium chipek, integrált alkatrészek, adatrögzítő eszközök és korszerű anyagok). Neumann János és az ENIAC ENIAC

8. II.2. Számítástechnika Félvezető technológia A kémia lehetővé tette, hogy a félvezető tulajdonságokkal rendelkező szilíciumot és germániumot úgy alakítsák át, hogy azokkal működtethetők legyenek a mai számítógépek, készülékek és hírközlési eszközök. A félvezetők az anyagok egy olyan csoportját képezik, amelyeknek a vezetőképessége (a fémekkel ellentétben) a hőmérséklet növekedésével nő. Ezeket a félvezetőket oly módon kezelik, hogy elektronhiányt vagy -többletet idézzenek elő bennük. A számítógépes chipeket és az integrált áramköröket félvezetőkből készítik. A félvezetők lehetővé teszik az elektronikus alkatrészek kicsinyítését, működésük gyorsítását és energiahatékonyságuk növelését. A félvezető-iparban kémikusok biztosítják az alkatrészek minőségellenőrzését, az eljárás optimalizálását, a hibakeresést és az újításokat a mikroelektronikai eszközökben. Egy p-típusú félvezető (elektronhiány) Egy n-típusú félvezető (elektrontöbblet)

9. II.2. Számítástechnika Szilícium chipek és integrált áramkörök 1947-ben Bardeen, Shockley és Brattain kutatók bemutatták, hogy a szilíciumon keresztül folyó elektromos áramot szelektíven lehet vezérelni. A szilícium chip, az integrált áramkör és a mikroprocesszorok fejlesztése lehetővé tette a mai nagy sebességű, hatékony számítógépek megalkotását. A szilícium chipek (1961) tranzisztorból, ellenállásból, kondenzátorokból és memóriaegységekből álltak, amelyeket rétegekben szilícium lemezre építettek, majd egy többlépcsős kémiai eljárásnak vetettek alá. 1967-ben az első zsebszámológépet az ún. integrált áramkör felhasználásával készítették, ami egy olyan elektronikai eszköz, ami sok tranzisztort és más elektronikus alkatrészt tartalmazott. Az 1980-as években a számítógépekben is integrált áramköröket alkalmaztak. Szilícium chip Az első integrált áramkör

10. II.3. Számítástechnika és műholdak Monitor és kivetítő technológia Az elmúlt években drámai fejlesztések történtek a számítógépes kivetítő technológiában. A nagyfelbontású színes grafikus képernyők főleg a televízió katódsugárcsövén alapultak. Ezek a változó technológiák kerültek alkalmazásra laptopok és notebook-ok síkképernyős monitorjaiban. A szerves kémiára épülő folyadékkristályos display-eket (LCD) 1969-ben találták fel. Mai fejlesztés a vékonyrétegű tranzisztoros folyadékkristályos képernyő, amiben minden egyes képrészletet külön tranzisztor irányít. Vegyészek fejlesztették ki a folyadékkristályos anyagokat, színszűrőket, önszerveződő polimereket, formába öntött műanyag fényelosztó rétegeket és a plazmaképernyő technológiáját.

11. II.3. Számítástechnika és műholdak Információtárolás Az információt rögzíteni kell, úgy hogy egy későbbi időpontban visszakereshessük. A vegyi fejlesztések biztosították, hogy a média felvételei jó minőségben megmaradjanak. Áttörések voltak a félvezetők képességeinek javításában (jobb felbontás, nagyobb sebesség, szín) a filmek anyagában, mágneses hangfelvételek minőségében és a digitális képek kidolgozásában. Ezek az újítások a felvevő eszközök fejlesztésére is visszahatottak. 1955-ben Reynold Johnson létrehozta az első lemezmeghajtót a számítógéppel feldolgozott adatok tárolására. Több további fejlesztést hajtottak végre, főleg a számítógépes lemezeken, mágneses szalagokon és a CD-ROM-on (1984).

12. II.3. Számítástechnika és műholdak Műholdak Az 1960-as évekig nagyon drága volt a kommunikáció a kontinensek között, ezért 1962-ben Föld körüli pályára állították a világ első aktív kommunikációs műholdját, a Telstar-t. A műhold szerkezeti anyagait (fémötvözetek, műanyagok és más fejlett anyagok), számítógépes és elektronikai alkatrészeit, valamint az üzemanyag technológiáját kémikusok fejlesztették ki. A hírközlési műholdak fontos szerepet játszottak az 1990-es évekig mind a nemzetközi, mind a belföldi távolsági hívások kiterjesztésében és a televíziózásban. Manapság tovább nő a szerepük a televíziós közvetítésekben, beleértve a digitális televíziók házi parabola-antennáira való közvetlen sugárzást. A Telstar GPS-műhold készítése GPS-műholdak a Föld körül

13. II.4. Szórakoztatóipar Mozi 1927-ben „A dzsesszénekes” lett az első „film hosszúságú” mozifilm, ének és párbeszéd szinkronnal. Az 1930-as évek végére finomították a Technicolor vállalat eljárását, és az első színes film igen nagy sikert aratott. A filmkészítés hátterében húzódó kémia fejlődése áttörések sorozatát igényelte az alapvető anyagok, különböző kémiai megoldások és az exponálás területén. Az első szinkronizált mozifilm, a „A dzsesszénekes” korabeli plakátja

14. II.4. Szórakoztatóipar Televízió A skót John Logie Baird 1926-ban, Londonban elsőként mutatta be nyilvánosan a televíziót. Találmányához egy 1883-ban szabadalmaztatott mechanikus televíziós rendszert, az ún. Nipkow-tárcsát használta fel. 1927-ben Philo T. Farnsworth közvetítette az első televíziós képeket katódsugárcső alkalmazásával (ez utóbbit 1897-ben fedezték fel). Az elkövetkező 20 év a vákuumcső kora volt az elektronikában. A kémia hozzájárult a katódsugárcsövek különleges anyagú elektródjainak és vezérlőelemeinek fejlesztéséhez. Az 1950-es évekre több modernizálást hajtottak végre, pl. 1958-ban beépítették a televízióba az integrált áramkört. A következő évtized meghozta a szilárdtest képfelismerő eszközöket, a miniatürizálást és a különböző elektronikai fejlesztéseket. A Nipkow-tárcsa és feltalálója, Paul Nipkow a szabadalmaztazás évében Philo T. Farnsworth és a katódsugárcső A televízió működési elve

15. II.4. Szórakoztatóipar Fényképezés A fényképezés és a filmezés technológiájának fejlődése tette lehetővé számunkra, hogy megörökítsük életünk legfontosabb eseményeit. A kémikusok kifejlesztették a fényérzékeny filmet, amely mindegyik hagyományos fényképezőgéphez megfelelő volt. A kis családi fényképezőgépek elterjedését az elemek fejlesztése is elősegítette. Ilyenek voltak például az 1950-es évekbeli lúgos mangán elemek. Az a tény, hogy az emberek könnyen tudták kezelni a filmet, az elektronikát és az elemeket, vezetett a Kodak cég 1963-ban piacra dobott teljesen zárt rendszerű kazettás fényképezőgépének (Instamatic) népszerűségéhez. 1970-ig ebből a típusból több mint 50 milliót adott el a Kodak. Kodak-Instamatic

16. II.5. Elektronikai újítások Fejlesztések a mindennapi élet elektronikája területén Az elektronikai anyagok és a mikroelektronikai eszközök számos modern termék, mint pl. a CD-lejátszók, televíziók, számítógépek és vezeték nélküli eszközök lényeges alapelemei lettek. A vegyészmérnökök közreműködésével vált az elektronika - beleértve a vákuumcsőtől a tranzisztorokon keresztül az integrált áramkörig minden alkatrészt - egyre kisebbé, jobb teljesítményt eredményezővé, energiatakarékossá és olcsóbbá. Új anyagok és eljárások, nagy tisztaságú anyagok és félvezetők előállítása olyan alkatrészeket (tranzisztorok, integrált áramkörök) eredményeztek, amelyek komplex elektronikai áramkörbe építhetők be, így biztosítván új lehetőségeket az elektronikai eszközök számára.

17. II.5. Elektronikai újítások Fejlett szintetikus anyagok A fogyasztói elektronika, mobiltelefonok és személyi számítógépek gyártásához szükség van kemény, tartós, nemvezető műanyagokra, mert azok védik az érzékeny elektronikai alkatrészeket. Szigetelő tulajdonságaik folytán a műanyagok nélkülözhetetlen alapanyagok az elektronika területén: az elektronok áramlása, amely elektromos áramot hoz létre, nem tud könnyen áthatolni a műanyag molekuláris szerkezetén. A molekulák szerkezetének átalakításával, és újak létrehozásával a kémikusok olyan anyagokat hoztak létre, melyek erősek és rugalmasak is egyben. Ezek az előnyök javították az ütésállóságot, csökkentették a berendezés összsúlyát és a fogyasztási cikkek árát.

18. II.5. Elektronikai újítások Tranzisztorok A tranzisztor, ez a kicsi és megbízható elektronikus alkatrész, minden más eszköznél jobban hozzájárult ahhoz, hogy a számítógépek és a hírközlés között szoros kapcsolat jöhessen létre. 1947-ben John Bardeen, Walter Brattain és William Shockley fejlesztette ki. A tranzisztor fokozatosan felváltotta a nagyméretű, törékeny vákuumcsöveket, melyek feladata a jelek felerősítése és továbbítása volt. A tranzisztorok és a későbbi integrált áramkörök (melyek milliónyi tranzisztort tartalmaznak) a modern elektronikai fejlesztés alapjaként szolgáltak. 1954-ben megjelent a népszerű tranzisztoros rádió, és 1958-ra Seymour Cray kifejlesztette a tranzisztort tartalmazó számítógépet. Az első tranzisztor A tranzisztor feltalálói