TE HNOLOŠKI MEJNIKI S KEMIJSKEGA VIDIKA II. INFORMACIJE IN KOMUNIKACIJE

1. TEHNOLOŠKI MEJNIKI S KEMIJSKEGA VIDIKA II. INFORMACIJE IN KOMUNIKACIJE Vsebina Inovacije v kemiji, tehniki in elektroniki od začetka 19. stoletja pa vse do danes, nam omogočajo ohranjanje stika z ljudmi s celega sveta. Način življenja se je v zadnjem stoletju v marsičem spremenil – izobraževanje, nekdaj namenjeno le eliti, je postalo splošno dostopno, poljedeljsko dejavnost na podeželju pa je zamenjalo raziskovalno delo v urbanih središčih. Posledica naraščanja števila prebivalstva, informacij, novih idej in materialov so tudi številne družbene spremembe. Številna kemijska odkritja so pripomogla k razvoju mnogih komunikacijskih sredstev, ki jih uporabljamo za sprejemanje, shranjevanje in posredovanje informacij. Brezžične komunikacije in optična vlakna so temelji današnje spletne družbe, kemija silicija in polimerov pa omogoča proizvodnjo računalniških mikroprocesorjev. Tudi razvoj televizije, fotografije in filmske industrije je tesno povezan s kemijo. Znanstveni dosežki kemikov dovoljujejo družinskim članom po celem svetu ohranjati medsebojne stike. II. 1. Razvoj komunikacij Razvoj telefona Brezžične komunikacije Telefaks in fotokopirna tehnologija Laser in optična vlakna II.2. Računalniška tehnologija Evolucija računalnikov Tehnologija pretvornikov Silicijevi čipi in integrirano vezje Monitor in grafične tehnologije Shranjevanje podatkov Komunikacijski sateliti II. 3. Razvoj zabave Filmi Televizija Fotografija II. 4. Inovacije v elektroniki Razvojzabavne elektronike Napredni sintetični materiali Tranzistorji

2. Tehnološki mejniki na področju informacij in komunikacij Kronologija 1876 Alexander Graham Bell opravi prvi telefonski pogovor. 1926Brata Warner posnameta prvi film s sinhronizirano glasbo in zvočnimi efekti. 1926Prvi dvosmerni glasovni pogovor preko Atlantskega oceana. 1927 Philo T. Farnsworth izvede prvi televizijski prenos slike s pomočjo katodne cevi. 1946Zagnan je ENIAC−prvi elektronski digitalni računalnik. Od leta 1944 matematik madžarskega rodu John von Neumann sodeluje pri modifikaciji matematično-logičnih detajlov za ENIAC. 1947Iznajdba tranzistorja v podjetju Bell Telephone Laboratories. 1955 Reynold Johnson razvije prvi diskovni pogon. 1958 Jack Kilby iz podjetja Texas Instruments izumi integrirano vezje. 1961Pojavijo se prvi silicijevi čipi. 1961Prvi komunikacijski satelit, Telstar, je poslan v orbito. 1961Podjetje Eastman Kodak predstavi popularni Instamatic fotoaparat z vstavljenim filmom. 1971 Podjetje Intel predstavi priljubljeni 4004 4-bitni mikroprocesor za splošno uporabo. 1977 V Čikagu preizkusijo prvi komercialni komunikacijski sistem optičnih vlaken. 1983Z odkritjem avtomatskega preklapljanja brezžične komunikacije preko vrste celic, se poveča priljubljenost mobilnih telefonov. 1984 CD-ROM (kompaktni disk, samo za branje informacij) je predstavljen skupaj s kompaktnim CD predvajalnikom.

3. II. 1. Razvoj komunikacij Razvoj telefona A. Graham Bell Odkar je Alexander Graham Bell leta 1876 izumil telefon, je ta postal temelj modernega življenja, saj omogoča skoraj takojšnjo povezavo z vsemi deli sveta. Prvi dvosmerni glasovni pogovor preko Atlantskega oceana so izvedli leta 1926. Komercialna uporaba telefonskih storitev (z uporabo radia) pa se je pričela leta 1927 med New Yorkom in Londonom. Podjetje AT&T je mednarodno telefonsko povezavo omogočilo leta 1935. Po polaganju kablov s podmornico leta 1956, so bile omogočene čezoceanske telefonske storitve. Od leta 1962 komunikacija poteka preko satelitov. Po zaslugi kemijskih inženirjev se danes namesto bakrenih žic uporabljajo optična vlakna, namesto relejnih postaj pa sateliti. Primitivne telefonske povezave je zamenjal internet.

4. II. 1. Razvoj komunikacij Brezžične komunikacije Osnovni gradniki mobilnih telefonov in žepnih pozivnikov so tiskana in integrirana vezja ter napredni kemijski materiali. V podjetju AT&T Labs so že v petdesetih letih 20. stoletja razvili mobilne telefone za uporabo v avtomobilih, a le-ti niso postali priljubljeni zaradi pomanjkanja komunikacijskih kanalov. V osemdesetih letih je prišlo do velikega preboja z uvedbo delitvenih kanalov, ki so premikajoče se uporabnike avtomatsko preklapljali, zaradi česar je bil vsak kanal lahko znova uporabljen. Mobilni telefoni so zelo hitro postali priljubljeni. Kemija je prav tako igrala pomembno vlogo pri razvoju litij-ionskih akumulatorskih baterij, ki se danes uporabljajo v mobilnih telefonih. Telefonska centrala

5. II. 1. Razvoj komunikacij Telefaks in fotokopirna tehnologija Kljub temu, da je že leta 1902 nemški izumitelj Arthur Korn na daljavo elektronsko prenesel prve slike, je operativni telefaks pričel delovati šele leta 1924. Telefonske linije je prilagodil za prenos slik z uporabo telefaksa: prepustnost fotografije oziroma senca slike je bila pretvorjena v električni signal. Ta je bil poslan preko telefonske linije na fotografski filmski negativ, ki so ga nato razvili v temnici. Leta 1949 je bil predstavljen prvi fotokopirni stroj, ki je omogočal natančno repliciranje slike. Kemijske inovacije na področju fotokopirne tehnologije, ki so bile razvite v osemdesetih letih 20. stoletja, vključujejo nove tonerje in črnila, napredno tehnologijo papirja in organske fotoreceptorje. Telefotografija

6. II. 1. Razvoj komunikacij Laser in optična vlakna Vlakna iz čistega stekla, ki omogočajo prenos informacij preko laserske svetlobe, so revolucionarni tehnični dosežek. Kemijski raziskovalci so prvo optično vlakno izumili leta 1970. Temu je sledila izdelava in vgraditev optičnih vlaken v integrirane komponente. Prvi sistem svetlobnih žarkov, ki je omogočal prenos zvoka, podatkov in video vsebin preko mreže, je bil nameščen leta 1977. Danes lahko eno samo optično vlakno omogoči prenos milijon telefonskih klicev, podatkovnih datotek in video posnetkov. Montaža optičnih vlaken v središču Čikaga (1977)

7. II.2. Računalniška tehnologija Razvoj računalnika Kemijsko inženirstvo je gonilo računalniške revolucije - proizvaja vedno hitrejše, zmogljivejše in cenejše računalnike. Leta 1939 je bil na univerzi Iowa State University izumljen prvi elektronski računalnik. V 40. letih so se pričeli pojavljati računski stroji, ki jih je bilo mogoče programirati z binarnimi števili in Boole-ovimi logičnimi operatorji. Leta 1946 so prvič zagnali ENIAC, prvi elektronski digitalni računalnik, leta 1962 pa so izdelali prvi miniračunalnik. V letu 1971 je podjetje Intel Company predstavilo kasneje zelo priljubljeni 4004 4-bitni mikroprocesor za vsakdanjo uporabo, kar je povzročilo razcvet osebnih računalnikov. V današnjem času se inovacije nadaljujejo s tranzistorji, silicijevimi vezji, integriranimi komponentami, napravami za shranjevanje podatkov in naprednimi materiali. John von Neumann in ENIAC

8. II.2. Računalniška tehnologija Tehnologija polprevodnikov Kemija omogoča izdelavo polprevodnikov iz silicija in germanija, ki se uporabljajo v današnjih računalnikih, gospodinjskih aparatih in komunikacijskih napravah. Za razliko od kovin so polprevodniki materiali, ki povečajo svojo prevodnost pri višjih temperaturah. Z nadaljnjo obdelavo polprevodnikov lahko dosežemo presežek ali primanjkljaj elektronov. Računalniški čipi in integrirana vezja so izdelani iz polprevodniških materialov. Na račun polprevodnikov so elektronske komponente manjše, hitrejše in energijsko manj potratne. V industriji polprevodnikov kemiki skrbijo za kontrolo kakovosti komponent, optimizacijo procesov, odpravljanje težav in inovacije na mikro-elektronskih napravah. p-tippolprevodnika (primanjkljaj elektronov) n-tippolprevodnika (presežek elektronov)

9. II.2. Računalniška tehnologija Silicijevi čipi in integrirano vezje Leta 1947 so raziskovalci John Bardeen, William Shockley in Walter Brattain pokazali, da je mogoče električni tok skozi silicij selektivno nadzirati. Naknadna iznajdba silicijevih čipov, integriranih vezij in mikroprocesorjev je omogočila razvoj današnjih visoko zmogljivih računalnikov. Silicijevi čipi (1961) so sestavljeni iz tranzistorjev, upornikov, kondenzatorjev in spominskih čipov. Omenjene komponente so vgrajene v plasteh na tanko silicijevo ploščo in nato izpostavljene večstopenjskemu kemijskemu procesu. Leta 1967 je bil ustvarjen prvi prenosni kalkulator na podlagi integriranega vezja – majhna elektronska naprava, ki je vključevala veliko število tranzistorjev in drugih elektronskih komponent. V osemdesetih letih so postala integrirana vezja splošno uporabljana v računalnikih. Silicijev čip Prvo integrirano vezje

10. II.2. Računalniška tehnologija Monitor in vizualne tehnologije V zadnjih letih so se na področju računalniške vizualne tehnologije pojavile radikalne izboljšave. Visokoločljivostni barvni ekrani v glavnem temeljijo na principu televizijske katodne cevi. Alternativne vizualne tehnologije vključujejo tudi ploske zaslone (flat-screen) za prenosne računalnike. Zaslon s tekočimi kristali (LCD), ki je osnovan na organskih spojinah, je bil izumljen leta 1969. Sledili so še tankoplastni tranzistorji (TFT), ki vsebujejo tekoče kristale z aktivno matrico, pri čemer je vsak element slike kontroliran s posameznim tranzistorjem. Kemiki so razvili materiale iz tekočih kristalov, barvne filtre, plošče iz vlite plastike za razporeditev svetlobe in tehnologijo plazemskih zaslonov. Fotografski aparat Obscura

11. II.2. Računalniška tehnologija Shranjevanje podatkov Podatki morajo biti zabeleženi, da se jih lahko kasneje ponovno uporabi. Kemijske inovacije so zagotovile visoko kakovost, enostavno uporabo in cenovno dostopnost snemalnih medijev. Za razvoj snemalnih naprav so bile prav tako pomembne izboljšave fotografskih filmov, magnetofonov, digitalnih predvajalnikov in snemalnih zmožnosti (višja resolucija in hitrost, boljše barve). Leta 1955 je ameriški izumitelj in računalniški pionir Reynold Johnson razvil prvi diskovni pogon za shranjevanje računalniških podatkov. Od takrat je bilo na tem področju veliko inovacij, kot so računalniški diski, magnetofonske kasete in CD-ROM pogoni (1984). Zgodnji diskovni pogon

12. II.2. Računalniška tehnologija Komunikacijski sateliti Do šestdesetih let 20. stoletja so bile zvočne komunikacije med Severno Ameriko in drugimi celinami zelo drage. Leta 1962 je bil poslan v orbito prvi aktivni komunikacijski satelit Telstar. Kemija je zagotovila strukturne materiale (kovinske zlitine, plastike in drugi napredne materiale), računalnike in elektronske komponente ter goriva potrebna za izstrelitev satelitov. Komunikacijski sateliti so igrali pomembno vlogo pri širitvi mednarodnih in medkrajevnih pogovorov ter televizijskih prenosov vse do 90. let prejšnjega stoletja. Dandanes se komunikacijski sateliti največ uporabljajo na področju neposrednih televizijskih prenosov, pri katerih potuje digitalni signal preko satelitskih krožnikov do končnih uporabnikov. Telstar Izdelava GPS satelita GPS sateliti v orbiti

13. II. 3. Razvoj zabave Filmi Leta 1927 je bil predvajan film The Jazz Singer − prvi celovečerni film s sinhroniziranim petjem in dialogi. Do konca štiridesetih let 20. stoletja je bila tehnologija podjetja Technicolor izboljšana in boljše barvne karakteristike so pritegnile veliko ljudi. Na področju filmske tehnologije je bilo potrebno doseči še vrsto izboljšav na področjih osnovnih materialov, kemijskih razvijalcev in osvetlitve. Plakat za prvi celovečerni film The Jazz Singer s sinhroniziranim petjem in dialogi.

14. II. 3. Razvoj zabave Televizija Leta 1926 je Škot John Longie Baird v Londonu prvič javno predstavil televizijo s pomočjo mehaničnega televizijskega sistema − Nipkowega diska, ki je bil patentiran leta 1883. V letu 1927 je Philo T. Farnsworth prenesel prvo televizijsko sliko z uporabo katodne cevi (izumljena leta 1897). Naslednjih dvajset let je bilo obdobje vakuumske cevi v elektroniki in kemija je prispevala svoj delež z edinstvenimi materiali za elektrode in kontrolne elemente v sami cevi. Do šestdesetih let je sledilo še veliko inovacij, vključno z integriranim vezjem (1958). V nadaljnih desetletjih so se uveljavili sprejemniki slike, miniaturizacija in različne elektronske izboljšave. Nipkow disk in njegov izumitelj Paul Nipkow Philo T. Farnsworth in katodna cev

15. II. 3. Razvoj zabave Fotografija Fotografija in filmska tehnologija nam omogočata ujeti najpomembnejše dogodke in ljudi v naših življenjih. Kemija je z odkrivanjem novih osnovnih materialov, filmskih razvijalcev in emulzij razvila filme za vse tipe fotoaparatov in osvetlitev. Izboljšave baterij (kot je izum mangan-alkalnih baterij za majhne fotoaparate z vgrajeno bliskavico v 60. letih) so pripomogle k povečanju priljubljenosti fotoaparatov. Enostavno rokovanje s filmom, elektroniko in baterijami je zagotovilo popularnost fotoaparata Eastman Kodak Instamatic (1963), v katerega je bilo potrebno vstaviti film in je bil do leta 1970 prodan v več kot 50 milijonih primerkov. Kodak-Instamatic

16. II. 4. Inovacije v elektroniki Razvoj zabavne elektronike Elektronski materiali in mikroelektronske naprave so bistvo številnih modernih izdelkov kot so CD predvajalniki, televizijski sprejemniki, računalniki, digitalne kamere in fotoaparati ter brezžične naprave. Kemijski inženirji so pripomogli k zmanjšanju velikosti elektronike, njeni večji zmogljivosti, pametni uporabi energije in nižji ceni na področju vakuumskih cevi, tranzistorjev in integriranih vezij. Nove spojine, procesi za izdelavo čistejših materialov in načini pridobivanja polprevodnikov so vodili do komponent, kot so tranzistorji in integrirana vezja, ki so lahko vgrajeni v kompleksna računalniška vezja in omogočajo nove funkcije v široki paleti elektronskih naprav.

17. II. 4. Inovacije v elektroniki Napredni sintetični materiali Zabavna elektronika, mobilni telefoni in osebni računalniki se pri zaščiti občutljivih elektronskih komponent zanašajo na vzdržljivo, trajno in neprevodno plastiko. Plastika je pomembna za elektronske aplikacije zaradi svojih izolacijskih lastnosti (ne prevaja električnega toka). S spreminjanjem struktur molekul in sintezo novih spojin so kemiki in inženirji izdelali nove materiale, ki so hkrati čvrsti in elastični. Te izboljšave vplivajo na povečanje odpornosti proti udarcem, na zmanjšanje skupne teže opreme in cene potrošniških dobrin.

18. II. 4. Inovacije v elektroniki Tranzistorji Naprava, ki je omogočila združitev računalnikov in komunikacije bolj kot katerikoli drug izum, je bila majhna, a zanesljiva elektronska komponenta – tranzistor. Leta 1947 so John Bardeen, Walter Brattain in William Shockley izumili tranzistor, ki je postopoma nadomestil okorne in občutljive vakuumske cevi, ki so se do tedaj uporabljale za ojačanje in preklapljanje signalov. Tranzistor ter kasnejša integrirana vezja, ki vsebujejo veliko tranzistorjev, so služili kot osnova razvoju moderne elektronike. Leta 1954 je bil predstavljen priljubljeni radio tranzistor, leta 1958 pa je ameriški inženir Seymour Cray razvil tranzistorski računalnik. Prvi tranzistor Izumitelji tranzistorja