Какие металлы есть в телефоне
Обновлено: 28.09.2024
Отношения между Россией и США в очередной раз накалены до предела. Угрозы ввода санкций звучат практически ежедневно. Казалось бы, ничего нового. В условиях санкций Россия живет уже восемь лет. Но на этот раз ситуация более серьезная — Америка грозит прекратить поставки в Россию высокотехнологичного оборудования. Это не только смартфоны iPhone и процессоры Intel и AMD, но и прочая электроника, в которой используются чипы, выполненные по технологиям США. Следует понимать, что Америка лицензирует каждую свою разработку, в результате чего создать чип без применения американских технологий практически невозможно. Другими словами, после принятия санкций, поставки электронной продукции прекратят не только американский производители. Чем может ответить Россия в такой ситуации? Попросту обрушить производство полупроводников во всем мире. Дело в том, что Россия является основным поставщиком инертного газа неона и палладия, без которые используются для производства чипов.
Если США введут санкции против России, под угрозой может оказаться производство чипом во всем мире
Почему неон необходим для производства чипов
Современные процессоры изготавливаются методом фотолитографии. Суть данной технологии заключается в получении необходимого рисунка на светочувствительной пленке методом засвета через фотошаблон (маску). Для этого на кремниевую пластину вначале наносится фоторезист, то есть светочувствительная поверхность. Она меняет свои свойства, когда на нее попадает свет определенной волны.
Неон используют не только для изготовления светящихся вывесок, но и при производстве процессоров
Затем эта пленка засвечивается через маску с заданным рисунком при помощи ультрафиолетового газового лазера. В итоге на фоторезисте отпечатывается рисунок. А причем тут неон, спросите вы? Он является основным инертным газом в газовой смеси, которая обеспечивает необходимую длину волны лазера.
Таким образом, без неона не будут работать лазеры, необходимые для производства чипов. Кроме того, неон используется при производстве LCD-мониторов и телевизоров.
Где в России добывают неон
Неон представляет собой достаточно редкий газ, который не имеет цвета, запаха или вкуса, кроме того, он не вступает в химические реакции, то есть является инертным газом. Небольшое количество неона присутствует в воздухе, поэтому даже сейчас вы его вдыхаете.
Неон содержится в атмосфере
Надо сказать, что неон специально обычно не добывают. Он является одним из побочных продуктов, который образуется в результате сжижения и разделения воздуха в промышленности. Его получают в больших количествах на металлургических предприятиях России и Украины. Именно отсюда поставляется 90% неона для производства процессоров и микросхем. Причем большая часть газа поступает именно из России, а в Украине он только проходит очистку.
Для чего используют палладий
Палладий часто используется в транзисторах графического процессора вместе с танталом для увеличения объема памяти чипа. Кроме того, палладий и сплавы палладия применяют для покрытия контактов. Его использование обусловлено высокой износоустойчивостью, а также коррозионной стойкостью.
Палладий — драгоценный металл, который применяют для покрытия контактов
Кроме того, палладий в большом количестве используется в автомобилестроения. Он применяется в катализаторах, которые обеспечивают дожиг отработанных газов и очистку в соответствии с принятыми нормами. Поэтому даже на бюджетных автомобилях катализатор является дорогостоящей деталью.
Где в России добывают палладий
Палладий является одним из самых ценных металлов на земле. Он относится к платиновой группе, имеет серебристо-белый цвет. Крупнейшее его месторождение находится в Норильске. Палладий получают путем переработки сульфидных руд таких металлов, как никель, серебро и медь.
Россия добывает более половины от мировой добычи палладия. Правда США закупает его у разных стран — Канады, ЮАР, а также сами добывают на Аляске. Однако Россия покрывает 35% от потребностей страны. Поэтому, в случае наложения ответных санкций, это так же станет серьезной проблемой.
На нашем Яндекс.Дзен-канале вас ждет еще больше увлекательных материалов, которые небыли опубликованы на сайте.
Кроме палладия Россия также может перестать поставлять гелий, фтор и скандий. В результате это может стать серьезным ударом по производству смартфонов, автомобильных запчастей и даже ракет. С учетом того, что на рынке полупроводниковой продукции и так наблюдается дефицит, выпуск данной продукции может быть поставлен под угрозу. Таким образом без высокотехнологичной продукции может остаться не только Россия, но и весь мир.
Разумеется, если США все равно введут санкции, проблему с чипами в России остановка поставок сырья не решит. Собственные заводы должны быть построены только к 2030 году, причем на них будут производиться чипы по 16-нанометровому техпроцессу, который уже сейчас считается устаревшим. К примеру, компания Intel представила Core i9, созданный по 14-нанометровому техпроцессу еще в 2018 году. Поэтому остается надеяться лишь на то, что до введения санкция дело все же не дойдет.
Россия ограничила экспорт инертных газов до конца года
Россия прекращает экспорт инертных газов (upd: 02.06.2022)
Как мы и предполагали, Россия все же пошла на этот шаг и ограничила поставки всех инертных газов до конца 2022 года, о чем сообщают «Вести». Но, как известно, дьявол кроется в деталях. В данном случае эта деталь в слове “ограничила”. Оно означает, что Россия не исключает экспорт газов, необходимых для производства процессоров, но поставки возможны только по решению правительства, которое принимается на основании Минпромторга.
В переводе с дипломатического это означает, что поставки инертных газов возможны только в ответ на поставки необходимой для России микроэлектроники. Надо сказать, что мера стала вынужденной, ведь поставлять чипы в РФ отказался даже Тайвань по требованию США. Если быть точнее, TSMC сможет поставлять чипы с частотой не более 25 МГц.
Как мы сказали выше, с отечественными производителями микроэлектроники в России и так не сложилось. А сейчас еще и под санкции попали такие производители чипов, как “Байкал электроникс”, МЦСТ (известный как разработчик процессоров “Эльбрус”), НТЦ “Модуль” и другие.
Отсюда следует, что либо США придется пересмотреть свою санкционную политику, либо кризис на рынке микроэлектроники будет усугубляться. Какой вариант событий вам кажется наиболее реалистичным? Делитесь своими мыслями в комментариях.
Что входит в состав смартфона – содержание химических элементов
Смартфонов не существовало бы, если бы не несколько химических элементов, которые используются для изготовления компонентов электронных устройств.
Их используют также в военной промышленности, например, для производства радаров, лазеров, систем наведения ракет и реактивных двигателей. Они находят применение в медицинской отрасли, где используются, в частности, в лазерной терапии, лучевой терапии, методах диагностики (рентген, МРТ).
Медь в смартфоне – около 8,75 грамма
Медь – основа для создания процессоров, полупроводников и печатных плат. Микросхемы и печатные схемы содержат медь из-за её очень хорошей электропроводности, а радиаторы изготавливаются из меди из-за очень высокого коэффициента рассеивания тепла.
Раньше медь активно использовалась для производства электронных ламп и ЭЛТ-мониторов.
Кобальт в смартфоне – около 3,81 грамма
Ферромагнитный материал необходим для производства батарей и аккумуляторов. Кобальт применяют также в авиации, космонавтике, энергетике, нефтехимии и химии, его можно встретить в магнитах и магнитных лентах, используемых в качестве носителей данных.
Кобальт в чистом виде не встречается в природе, его получают при обработке руд никеля и меди. До XIX века использовался как синий краситель.
Железо в смартфоне – около 3 грамм
Сплавы железа используются для изготовления элементов корпуса и аккумулятора, так что мы найдём его в любом смартфоне. Отличается высокой прочностью и устойчивостью к окислению. Учитывая текущий тренд на рынке, все больше компаний использует сплавы железа в производстве своих устройств.
Олово в смартфоне – около 1 грамма
Один из самых важных компонентов современной электроники. Олово ценится за свои физические свойства, доступность и низкую стоимость, а используют его, в основном, для выполнения паяных соединений на материнских платах смартфонов, планшетов, ноутбуков и любых других электронных и электрических устройств.
Тантал в смартфоне – около 0,4 грамма
Тантал получается при переплавке колтана. Отличается очень высокой прочностью, поэтому используется для изготовления небольших, но мощных электролитических конденсаторов, которые, в свою очередь, устанавливаются в смартфоны, компьютеры и оборудование оборонного и космического применения.
Из-за высокой устойчивости к воздействию кислот и щелочей, тантал используется для изготовления химической аппаратуры.
Серебро в смартфоне – около 0,25 грамма
Из-за высокой электропроводности, серебро используется для производства проводников, переключателей, контактов и предохранителей в электронных устройствах.
Серебро можно также встретить на некоторых печатных платах, а также в некоторых типах аккумуляторов. Кроме того, имеет применение в кинематографии, при строительстве космических аппаратов или панелей солнечных батарей.
Золото в смартфоне – около 0,024 грамма
Золото отличается высокой электропроводностью и устойчивостью к коррозии. Используется при производстве проводников, переключателей и кнопок, оперативной памяти, материнских плат, кабелей.
Золото используют также для защиты шлемов астронавтов, для лечения артрита, в стоматологии и ортодонтии. Золото применяется, например, как электропроводка в ядерных экспериментах.
Палладий в смартфоне – около 0,009 грамма
Палладий весьма пластичен и устойчив к коррозии. В основном, его используют для производства электродов, а также в качестве сырья для изготовления проволоки, прутков и специальных клемм и проводов, которые затем используют в телефонах или телевизорах.
Палладий можно также встретить в автомобильных катализаторах, в фотографической промышленности, хирургии, стоматологии и при производстве ювелирных изделий и часов.
Резюме – металлическая ценность смартфона
Зная состав обычного смартфона, можно сделать интересные расчеты. Сумма всех перечисленных ранее элементов в одном устройстве составляет около 18 грамм.
Если предположить, что в каждом домашнем хозяйстве имеется 2 неиспользуемых смартфона, учитывая количество всех хозяйств – около 49 млн., получаем довольно внушительную сумму.
Оказывается, что в России лежит около 100 миллионов неиспользуемых мобильных телефонов, а содержащиеся в них ресурсы имеют ценность почти 4 миллиарда рублей!
Поэтому любое неиспользуемое или неисправное электронное оборудование стоит отдать профессиональной компании, занимающейся утилизацией – это позволит восстановить дорогие материалы и позаботиться об окружающей среде.
Смартфоновая металлургия и цена комфорта
Осенью 2005 года я обзавелся первым мобильником и впервые всерьез задумался о прорывной новизне этих устройств. Осознал, что не припоминаю никакой фантастики, тем более – хорошей, где мобильник так лихо проникал бы во все сферы жизни. Винтажная громоздкость спасительных таксофонов из «Матрицы» и всякое отсутствие мобильников в очаровавшем меня тогда «Лабиринте отражений» поначалу не оставляли сомнений, что сотовый – это дорогая игрушка, которая вскоре выйдет из моды, разделив судьбу пейджеров. Прошла еще пара лет, и вся нелепость моих ретрофутурологических построений разбилась об iPhone. Для меня стало настоящим сатори, что в какой-то момент миниатюризация сотовых качнулась назад (айфон заметно подрос по сравнению с эриксоном), а телефон обзавелся накопителем и стал набирать вычислительную мощность.
Но не столь очевидно, что мобильные телефоны, целые поколения которых уже покоятся на свалках, также породили отдельное направление цветной металлургии – и актуализировали такую россыпь клеток в таблице Менделеева (попутно до неузнаваемости изменив социумы по обе стороны сборочной линии), что я хотел бы отдельно об этом поговорить.
Состав смартфона
Смартфон более чем наполовину состоит из редких и рассеянных металлов. Корпус в основном состоит из алюминия с примесью хрома, а многие другие металлы и полуметаллы присутствуют в смартфоне в аптекарских дозах – но в поразительном разнообразии. Вот краткая характеристика этих составляющих:
Плата Батарея Светодиоды Электроника (конденсаторы, резисторы, микрочипы и микропроцессоры) Корпус Сенсорный экран Провода и контакты Динамик и микрофон
Теперь давайте рассмотрим, как именно эти элементы расположены в таблице Менделеева:
Большинство легких металлов, химически стабильных переходных металлов и многие полуметаллы так или иначе применяются в корпусе и электронике смартфона. Но ключевые роли в функционировании устройства, в особенности – сенсорного экрана и батарей – играют редкоземельные металлы, а также компактно расположившиеся в центре таблицы металлы платиновой группы. Обратите внимание на выраженную вертикальную ориентацию групп в этой таблице (в том числе – на важнейшую триаду скандий-иттрий-лантан). Она подсказывает, как именно периодический закон позволяет подбирать элементы, у которых акцентированы полезные свойства – например, полупроводниковые – впервые найденные у какого-либо элемента в центре таблицы. Например, только в 2020 году во Фраунгоферовском институте стали исследовать экзотический сплав AlScN на подложке из кремния или оксида алюминия.
Скандий – не первый, а пока что последний элемент, который попытались добавить в динамики и микрофон гаджета. Он оптимизирует звукопередачу, уже обеспечиваемую лантановыми и неодимовыми компонентами. Но смартфон интересен именно как полигон, заставляющий методом проб и ошибок выжимать лучшее не из отдельных элементов, а из периодической системы. Более того, эволюция смартфона как прибора происходит почти молниеносно, а залежи использованных смартфонов уже логично расценивать как серьезный источник цветного металла.
Здесь подчеркну, что речь именно об использованных смартфонах. Развитие смартфонов сопровождается их миниатюризацией, а также подбором все более дешевых и эффективных сплавов. Соответственно, содержание ценных металлов в пересчете на одно устройство снижается, а не растет. Так, в 2005 году типичный мобильный телефон весил 113 г (без учета батареи), причем, на 25% устройство состояло из различных металлов. Самыми важными из них (по весу) были медь, железо, никель, серебро и цинк. В меньших количествах там содержались золото, свинец, марганец, палладий, платина, олово. Итак, в обычном телефоне было примерно 16 г меди, 350 мг серебра, 34 мг золота 15 мг палладия.
А вот содержание различных элементов в IPhone 6 по состоянию на 2017 год (с учетом батарей). Он весит 129 г против 116 г у вышеупомянутого старого мобильника. Меди стало немного больше (7,89 г против 6 г), золота стало существенно меньше (14 мг против 34 мг), а серебра, платины и палладия в нем нет вообще. Общая стоимость металлического сырья также ничтожна по сравнению со стоимостью смартфона ($199 за указанную модель). Для добычи этих 129 граммов требуется переработать около 34 килограммов различных руд. Кстати, в IPhone 6 меньше золота, чем было в iPhone 5 – вероятно, потому, что уменьшились и улучшились процессоры, и драгоценных металлов в них требуется меньше. Но уменьшение содержания металла в отдельном устройстве компенсируется увеличением количества самих мобильных устройств.
Подробнее остановимся на минералах, из которых добываются ключевые элементы, упомянутые выше.
Начнем с меди, которой в процентном отношении в смартфоне больше всего. Медь бывает самородной, но чаще добывается из халькопирита (CuFeS2)
В дисплее смартфона необходимо прокладывать прозрачные электрические цепи, которые делают из индиево-оловянного оксида. Олово также применяется в качестве припоя на платах. Основным источником олова является касситерит (SnO2), индий встречается очень редко, преимущественно – в самородном виде, а также в составе сфалерита (основная формула – ZnS, сульфид цинка). Светодиоды (подсветка) изготавливаются в основном из галлия, ключевым источником которого является галлит (CuGaS2).
Мышьяк является качественным полупроводником (как и сурьма, расположенная на клетку ниже, он занимает промежуточное положение между неметаллами и полуметаллами), применяется в усилителях радиочастот. Его основным источником является арсенопирит – соединение мышьяка с железом и серой. (FeAsS).
Другая пара элементов, расположенных в таблице Менделеева друг над другом – это ниобий и тантал. Из них, в особенности из тантала, получаются превосходные конденсаторы. Как ниобий, так и тантал, входят в состав колтана (Fe,Mn)(Nb,Ta,Ti)2O6), о котором я подробнее расскажу ниже. Вольфрамит (FeMn)WO4) – источник вольфрама, который служит теплоотводом, а также тем самым массивным компонентом, который обеспечивает вибрацию смартфона.
Наконец, источником почти всех редкоземельных элементов являются всего два минерала – монацит и бастнезит.
Строго говоря, монациты – это семейство близкородственных минералов-фосфатов, основная металлическая составляющая которых отличается:
Цериевый монацит: (Ce, La, Pr, Nd, Th, Y)PO4;
Лантановый монацит: (La, Ce, Nd, Pr)PO4; основная разновидность; содержание лантана – почти 29%;
Неодимовый монацит: (Nd, La, Ce, Pr)(P, Si)O4;
Самариевый монацит: SmPO4; содержание самария — до 13,59 %;
Празеодимовый монацит (Pr): (Pr, Nd, Ce, La)PO4.
Монациты были открыты на Урале в начале XIX века немецким изыскателем Иоганном Менге; поначалу он принял их за циркон. Кроме Урала залежи монацитов сегодня разведаны в Бразилии и Боливии. Монацитовые пески также открыты в Индии, США, Австралии, Индонезии, Шри-Ланке, Мозамбике, на Мадагаскаре и в Египте. Кроме лантаноидов более 5% состава монацитов приходится на торий и до 1% на уран (расположенных на период ниже церия и неодима соответственно).
Бастнезит – это фторкарбонат церия, также содержащий лантан и иттрий (Ce,La,Y)CO3F. Крупнейшее известное месторождение бастнезита находится в США (Маунтин-Пасс, штат Калифорния), а также бастнезит обнаружен в Руанде, к востоку от Конго.
Мы рассмотрели в основном сырье для корпуса, проводников, дисплеев и светодиодов. Но еще важнее сырье для батарей, прежде всего – для литий-ионных аккумуляторов. Госпожа @Mishustina написала на Хабре отличную статью о производительности и стоимости таких батарей в смартфонах. Основным источником лития является сподумен LiAl(Si2O6) – а сам литий идет на изготовление катодов в литий-ионных аккумуляторах. Наряду с литием ключевыми компонентами батарей являются кобальт и тантал. В частности, тантал незаменим в производстве конденсаторов. Кобальт и тантал — весьма токсичные металлы, добываемые порой в адских условиях. Одним из основных источников тантала и ниобия является колтан. В первой таблице этой статьи было также указано, что тантал и ниобий входят в состав плат смартфона, а тантал – в состав контактов. Как кобальт, так и колтан кустарным способом добывают на востоке Конго. В 1998 году там даже разразилась Вторая Конголезская Война, основным камнем преткновения в которой был именно контроль над добычей ниобия и тантала – мобильные устройства как раз переходили в масс-маркет, дешевый источник тантала и ниобия был источником колоссального обогащения. Кроме того, в тех же регионах на востоке Конго добывается вольфрам (в виде вольфрамита, о котором я упоминал выше).
Конголезский кобальт и колтан
Более 60% мировых поставок кобальта идет из «медного пояса», расположенного в юго-восточных провинциях Демократической Республики Конго (ДРК). В стране есть целое государственное агентство, контролирующее неофициальный, кустарный сектор добычи кобальта. На долю местных «рудокопов» (creuseurs) приходится примерно 20% этой добычи, остальной кобальт в регионе разрабатывается иностранными (прежде всего – китайскими) компаниями, занявшими долю обанкротившегося местного концерна Gécamines. Кроме того, китайцы держат сеть «факторий», скупающих кобальт у добытчиков-одиночек, в том числе, несовершеннолетних. Добычей кобальта занимаются даже дети в возрасте от семи лет. Согласно некоторым оценкам, рабочий день старателя длится 14-16 часов и приносит человеку доход в районе 2 долларов.
Далее китайские специалисты смешивают кобальт, добытый промышленным и кустарным образом, очищают сырье (грязь) до гидроксида кобальта, который везут в порты Дар-эс-Салама (Танзания) и Дурбана (ЮАР), а далее в Китай. Там кобальт проходит дополнительную очистку и поступает на рынок.
Совокупная выручка этих компаний составляет триллионы долларов, притом, что только в период с 2016 по 2018 год рыночная цена кобальта подскочила на 300%. Поэтому иностранные компании способствуют дальнейшей разведке кобальта в горно-лесистых районах поблизости от замбийской границы. Ежегодно фиксируются десятки новых раскопов, но условия труда там остаются нечеловеческими. В кустарной добыче кобальта в Конго занято более 250 000 человек, из них не менее 35 000 человек – дети.
Таким образом, наиболее совершенными технологиями очистки и обогащения кобальта в настоящее время обладает Китай, тогда как на всей китайской территории имеется всего около 2% мировых запасов кобальта. Чтобы занять свои производственные мощности, Китай не имеет иного выхода, кроме как продолжать осваивать конголезские запасы. На территории России кобальта несколько больше – примерно 4% от мировых запасов, но весь он содержится в сложных рудах, в частности, никелевых, и в России (в отличие от Конго) нельзя добывать кобальт «сам по себе» — по крайней мере, это пока не удалось «Норникелю». Никель, как и кобальт, может идти на производство батарей для смартфонов, но кобальтовые батареи значительно лучше, так как дольше держат заряд и не перегреваются. Амбициозный проект по разработке батарей без содержания кобальта ведется в компании Panasonic – но он далек от завершения, и рассчитаны такие батареи первоначально будут отнюдь не на смартфоны, а на электромобили Tesla, элементы питания для которых производит именно Panasonic.
Ситуация с добычей колтана в Конго даже более одиозна, чем с кобальтом. Колтан в Конго начали добывать еще в начале 1990-х, тогда он считался бросовым побочным продуктом от добычи олова. Первая конголезская война 1996-1997 года была выиграна восточными повстанцами, которых поддержали Уганда и Руанда. В результате был свергнут диктатор Мобуту Сесе Секо, страна переименована из Заира в ДРК, а наводненные оружием экваториальные джунгли фактически не контролировались из столицы. Именно в тот период был оценен коммерческий потенциал колтана, и этот минерал всего за пару лет породил настоящую «танталовую лихорадку». Добыча колтана была быстро поставлена под контроль вооруженными бандами. К 2000 году до 30% детей в Конго не посещали школу, поскольку были заняты добычей колтана. При этом, колтан – не кобальт, а значительно более дорогое сырье; средняя зарплата в ДРК к началу века составляла $10 в месяц, тогда как удачливый старатель колтана в те годы мог намыть металла на 10-50 $ в неделю. Руандийцы устраивали вооруженные рейды за колтаном. Такой грабеж в 2000-2001 году приносил руандийским властям до $1 миллиона в месяц от экспорта колтана. Для сравнения: в тот же период Руанда зарабатывала на экспорте алмазов примерно $200 000 в месяц. В довершение всего продажа колтана в Руанде и Конго облагалась налогами, а людей насильно держали в шахтах под надзором вооруженной охраны, не позволяя покидать прииск до выполнения дневной выработки.
Заключение
Безрадостная картина из этого краткого обзора заставляет по-новому взглянуть на истинную ценность вашего смартфона (кстати, здесь я не затрагивал экологических аспектов, подумав, что хватит и гуманитарных). Согласно этому источнику, срок службы большинства смартфонов и обычных сотовых телефонов составляет около 10 лет, а производство смартфонов растет на фоне падения производства обычных сотовых телефонов, но точка, после которой смартфоны станут преобладать над традиционными сотовыми, еще не достигнута, и может быть пройдена только к концу нынешнего десятилетия:
Таким образом, переработка старых сотовых телефонов приобретает принципиальную важность прямо на наших глазах. Добыча некоторых металлов из смартфонов несравнимо более эффективна, чем из руды. Несколько примеров:
Медь. В старых мобильных телефонах составляет около 14%, а в типичной медной руде – порядка 1,5%.
Кобальт (с учетом батарей) – до 19% массы мобильного телефона, что примерно в 100 раз больше, чем содержание кобальта в руде.
Серебро – в старых мобильных телефонах на него приходится примерно 2800 промилле, тогда как в богатейших серебряных или золото-серебряных рудах на серебро приходятся сотни, чаще – десятки промилле.
Золото – в среднем 270 промилле в мобильном телефоне и несколько промилле в золотых рудах.
Палладий – около 100 промилле в мобильном телефон и 2-3 промилле в платиновых рудах.
Полагаю, майнинг смартфонов ждет своих инвесторов и энтузиастов, а экологическая актуальность этой важнейшей промышленной области никак не меньше, чем гуманитарная. Кроме того, именно такой майнинг сейчас мог бы стать наиболее реальным источником для пополнения запасов редких металлов – и, соответственно, производства новых смартфонов.
Материалы для изготовления мобильных устройств
За последние четыре года рынок радикально изменился. Очень сильно выросло качество дисплеев, увеличилась продолжительность работы от аккумулятора. На фоне использования OEM-производителями очень похожих платформ, выбор материалов для их устройств становится всё важнее. Почти все производители уже сталкивались с необходимостью кардинальной смены используемых материалов: в то время как рынок становится всё насыщенней, покупатели всё реже меняют свои мобильные устройства. И производителям приходится выдумывать различные ходы, чтобы стимулировать спрос. Зачастую это сводится к более тщательному подбору материалов для использования в экстерьере устройства.
Однако подобные усилия нередко уходят впустую. Просто многих пользователей мало заботит материал корпуса, особенно при условии использования чехла. Например, бытует мнение, что алюминий тяжелее, менее надёжен ухудшает качество связи по сравнению с поликарбонатом. Некоторые ссылаются на слишком сильный нагрев при интенсивной работе. При этом алюминий дороже, как утверждают некоторые производители. А уж если использовать стекло, то всем очевидно, что падения такой гаджет не перенесёт. И тут встаёт вопрос: почему производители до сих пор применяют разные непрактичные материалы?
На это нельзя ответить однозначно. При выборе материала необходимо учесть множество разных требований. И не существует единственного, самого лучшего варианта. Для большинства деталей, выбор ограничивается тремя материалами: пластиком, стеклом и металлом.
Пластик
Среди огромного разнообразия пластиков, поликарбонат является наиболее часто используемым при создании мобильных устройств. Он устойчив к ударам, относительно неплохо держит нагрев и невероятно гибок. Поликарбонат практически не является препятствием для распространения радиоволн. А поскольку ценовая конкуренция на рынке мобильных устройств усиливается, более низкая стоимость поликарбоната по сравнению с металлами и стеклом будет становиться всё более веским преимуществом.
Но есть у этого материала и недостатки. Поликарбонат обладает низкой теплопроводностью, то есть фактически он работает как термоизолятор. А это ведёт к снижению тактовых частот центральных и графических процессоров, чтобы предотвратить их перегрев. При этом металлические корпуса (алюминиевые и магниевые) прекрасно проводят тепло и выполняют роль радиатора. Похожая ситуация наблюдается и при сравнении поликарбоната со стеклом. Для сравнения, теплопроводность алюминия составляет 205 Ватт/м*К, магния — 156, однослойного стекла — 0,8, а у поликарбоната — 0,22. Иными словами, при прочих равных устройства в поликарбонатных корпусах приходится делать более медленными, по сравнению с аналогами в металлических и стеклянных корпусах.
Но и это не всё. Я упоминал о высокой гибкости поликарбоната. А это становится большим недостатком для смартфонов, которые стараются сделать как можно тоньше и компактнее. Металл и стекло обеспечивают куда большую механическую жёсткость на изгиб. Ведь в смартфонах даже задняя крышка выполняет различные функции: в частности, на неё зачастую крепится антенна, чтобы обеспечить поддержку всевозможных стандартов связи. Согнувшаяся от нагрузок крышка может повлиять на достаточно хрупкие контакты антенны, которые зачастую очень малы. До определённого предела они выдержат, но дальше контакт просто нарушится. В качестве примера можно привести модификацию Tegra 3 смартфона HTC One X. Её преследовал дефект: часто терялся Wi-Fi и Bluetooth из-за разрушения антенных контактов. Для решения проблемы производителю пришлось дополнительно усилить крышку, чтобы она не скручивалась от внешних нагрузок.
Металл
Многие превозносят металл как суперматериал для корпусов мобильных устройств. Однако зачастую люди ограничиваются внешним видом и тактильными ощущениями. Конечно, применительно к обсуждаемой теме речь идёт об алюминии. Магний тоже часто используется, но обычно для изготовления рамы.
У алюминиевых сплавов есть свои достоинства. В первую очередь, это высокая жёсткость. Благодаря этому внутренности гаджетов защищены в случае удара лучше, чем в поликарбонатном корпусе. Однако при цельноалюминиевом корпусе целесообразнее делать внешнюю антенну, чтобы улучшить характеристики сигнала.
Алюминиевые сплавы также лучше противостоят появлению царапин, чем поликарбонат. Но в гаджетах алюминий редко используется без анодирования. Оно бывает трёх типов, и лишь один из них имеет высокую стойкость к повреждениям. В остальных случаях анодированное покрытие не может похвастаться тем же и быстро покрывается царапинами. Также одним из важнейших преимуществ алюминия является высокая теплопроводность, что позволяет не экономить на тактовых частотах.
Но как и любой другой материал, алюминий не идеален для изготовления мобильных устройств. При отказе от внешней антенны приходится делать пластиковое/стеклянное радиопрозрачное «окно». Это означает, что устройство будет менее изотропичным при приёме сигнала. Даже если часть алюминиевого корпуса превратить во внешнюю антенну, рука человека, к ней прикасающаяся, будет вносить помехи. К тому же в этом случае гораздо сложнее обеспечить совместимость с различными частотами.
Если использовать несколько разных антенн и тюнеры ради создания полностью металлического корпуса, остаётся такой недостаток, как заметная разница в приёме сигнала. И эта разница зависит от текущей частоты.
Помимо проблем с сигналом, алюминий обладает меньшей устойчивостью к пластическим деформациям. И хотя внутренности защищены лучше, но внешний вид быстро портится из-за мелких вмятинок. Зато поликарбонат с большими шансами переживёт падение без повреждений. Алюминий также куда дороже, да ещё и требует больше времени и энергии на обработку, что выливается в приличную долю в цене готового изделия. И наконец, отличная теплопроводность алюминия выливается в слишком горячую поверхность устройства при высоких вычислительных нагрузках. Также на морозе держать поликарбонатный корпус в руку куда приятнее, чем алюминиевый.
Магний гораздо легче алюминия благодаря более низкой плотности. При этом магний меньше влияет на прохождение радиосигнала, обладая рядом преимуществ алюминия по сравнению со стеклом и поликарбонатом: высокой теплопроводностью, относительно высокой твёрдостью и несколько лучшей устойчивостью к появлению царапин. По всем показателям выходит, что магний лучше алюминия.
Однако от поставки магниевых корпусов на конвейер нас удерживает повышенная огнеопасность магния в кислородной среде, из-за чего литьё приходится проводить в вакуумных камерах. К тому же без обработки поверхности магний быстро коррозирует, что делает его не лучшим выбором при изготовлении корпуса, хотя он часто применяется при создании рамы изделия.
Стекло
Это самый твёрдый и царапиноустойчивый из всех трёх рассматриваемых нами материалов. Но и самый хрупкий, склонный к образованию осколков. Поэтому стекло переносит только пластическую деформацию. Алюмосиликатное стекло, больше известное под маркой Gorilla Glass, используется для изготовления корпусов чаще всего. По теплопроводности оно находится между алюминием и поликарбонатом. Стекло мало искажает радиосигнал, что позволяет использовать внутреннюю антенну. Однако главнейший недостаток — хрупкость, а также небезопасность для человека в случае разрушения. К тому же стекло накладывает большие ограничения на возможную форму корпуса. Поэтому такие устройства обычно невелики в размерах, а долю стекла в общем объёме материала корпуса стараются сделать поменьше.
Заключение
Конечно, инженеры стараются обойти врождённые недостатки всех рассмотренных материалов. В случае поликарбонатных корпусов используют магниевую раму, которая отводит тепло на стеклянный дисплей, который выступает в роли радиатора. Толщина стенок и разные виды пластика, металла и стекла могут существенно смягчить присущие им недостатки. Например, добавление АБС-пластика в поликарбонат значительно повышает твёрдость материала. Противоосколочная плёнка на стекле снижает опасность нанесения ранений человеку в случае разбиения. А достижения в антенностроении сводят на нет экранирующий эффект любого металла.
Но вопрос по прежнему остаётся — почему так важен выбор того или иного материала? Ответ заключается в промышленном дизайне. Мы постоянно прикасаемся к смартфонам и планшетам, держим их в руках. Большую часть времени мы смотрим на дисплей, но при этом постоянно имеем тактильный контакт с устройством. И то, как оно выглядит, каково на ощупь, какой оно формы, всё это имеет очень большое значение. Всегда лучше, когда устройство хорошо лежит в руке, приятно наощупь, красиво. Ненужные элементы портят внешний вид. Хороший дизайн очевиден и невиден. Только когда мы сталкиваемся с плохим дизайном, мы начинаем замечать хороший. Технологии могут сгладить недостатки материалов, но ничто не исправит плохой дизайн.
Второй причиной, почему выбору материалов уделяется большое внимание, являются такие важные для мобильных устройств параметры, как вес и габариты. Например, поликарбонатные корпуса зачастую приходится делать с более толстыми стенками, чтобы обеспечить необходимую жёсткость конструкции.
Пока всё это звучит субъективно, но когда рынок достигнет точки насыщения, выбор материалов и промышленный дизайн станут критически важными факторами. Впрочем, они уже ими стали.
Однако ситуация может измениться в связи с разработкой новых материалов и технологий. В частности, промышленная трёхмерная печать может помочь в создании новых конструкций корпусов. Представьте себе смартфон с очень тонкими стенками, лёгкий, но при этом словно сделанный из стали. Такое вполне возможно в будущем с помощью 3D-печати из композиционных материалов. Например, в виде сотовых панелей из смол, обладающих очень высокой механической жёсткостью:
Подобный принцип применяется при создании межконтинентальных и космических ракет, в которых очень тонкая внешняя оболочка выполняет роль несущей конструкции, каркаса.
Дальнейшая миниатюризация потребует создания гибких гаджетов. В частности, производители уже несколько лет экспериментируют с изготовлением подобных дисплеев. В качестве защитного стекла и материала для корпуса может быть использовано очень тонкое гибкое стекло, например, Willow Glass. Его разработала компания Corning, производитель Gorilla Glass.
Ещё одним кандидатом в материалы для корпусов гаджетов является графен. Впрочем, это такой специальный материал, о котором все говорят, которому находят миллионы применений, описывают его чудесные свойства, но на этом, обычно, всё заканчивается. Неизвестно, удастся ли наладить промышленное производство изделий из графена по приемлемой цене. Пока что всё его великолепие не выходит за пределы лабораторий.
Также можно упомянуть материал под названием Liquidmetal. Он обладает уникальной аморфной структурой, поэтому его ещё называют «металлостеклом». По своей прочности и эластичности он сравним с титаном, устойчив к коррозии. Ему можно придавать сложную форму без ухудшения прочностных характеристик. Поэтому многие прочат его на роль «материала будущего» для изготовления гаджетов.
В вашем старом телефоне полно драгоценных металлов
iPhone, инкрустированный алмазами, обойдется вам в 95 миллионов долларов. Но если этот предмет шика вам слегка не по карману, не поддавайтесь унынию. В каждом смартфоне есть драгоценные металлы: золото, серебро, медь, платина и палладий. И все же это немного больше, чем просто забавный факт. Эти драгоценные металлы дорожают с каждым днем, особенно на фоне перспективы того, что однажды мы можем оказаться не в состоянии выкопать их из земли. Ваш смартфон выглядит намного более ценным, чем вы могли бы подумать.
Тайная ценность металлов в старой электронике и как мы могли бы извлечь эти металлы станет горячей темой, которую обсудят на World Changing Ideas Summit в Сиднее в ноябре.
Что в смартфоне моем?
Смартфоны — это карманные хранилища драгоценных металлов и редкоземельных элементов. В обычном смартфоне содержится порядка 0,034 грамма золота, 0,34 грамма серебра, 0,015 грамма палладия и меньшей одной тысячной доли грамма платины. Также он содержит менее ценные, но все еще важные алюминий (25 граммов) и медь (15 граммов).
И это только начало. Смартфоны также содержат целый ряд редкоземельных элементов — элементов, которых в земной коре на самом деле много, но которые чрезвычайно трудно добывать и извлекать: иттрий, лантан, тербий, неодим, гадолиний и празеодим.
Еще есть пластик, стекло, батарея… список ингредиентов весьма длинный.
Все они присутствуют в относительно небольших количествах. Но сегодня в мире более двух миллиардов человек пользуется смартфонами, и это число постоянно растет. Более того, концентрация некоторых из этих элементов, таких как золото и серебро, в мобильном телефоне на самом деле гораздо выше, чем их концентрация в эквивалентной массе руды. Из одной тонны «айфонов» получилось бы в 300 раз больше золота, чем из тонны золотой руды, и в 6,5 раз больше серебра, чем из тонны серебряной руды.
В чем проблема?
Поскольку эти два миллиарда пользователей обновляют смартфон в среднем каждые 11 месяцев, значит старый кладут в ящик и забывают, либо выбрасывают. Едва ли 10% из них перерабатывают, извлекая и повторно используя драгоценные компоненты. Это настоящая золотая жила, которая проходит в шкафах, в ящиках, на свалках. В эпоху, когда потребление некоторых ресурсов превышает все мыслимые и немыслимые объемы, имеет смысл, как с точки зрения экономики, так и экологии, избегать хранения таких ценных веществ.
Что происходит с этими ресурсами, когда смартфон устаревает?
Если вы задумываетесь о собственной небольшой электронной золотоносной шахте, микроскопические количества золота в каждом смартфоне заставят вас подумать. Но как только вы начинаете мыслить в большом масштабе, все становится гораздо более привлекательным: в одном миллионе мобильных телефонов можно найти 16 тонн меди, 350 килограммов серебра, 34 килограмма золота и 15 килограммов палладия.
Задача состоит лишь в том, как восстановить эти минералы и материалы безопасно и экономично. Значительная часть электронных отходов — в том числе и мобильные телефоны — экспортируется либо сбрасывается в такие страны, как Китай, где плохо оплачиваемые работники и дети разбирают электронику, зачастую используя опасные химические вещества, чтобы достать ценный компонент. Китайский город Гуию заслужил сомнительную честь быть крупнейшей свалкой электронных отходов в мире. Жители города испытывают ужасные проблемы со здоровьем из-за загрязнения почв, рек и воздуха ртутью, мышьяком, хромом и свинцом.
Даже те электронные отходы, которые возвращаются в страну-производитель, представляют собой проблему. В Австралии, например, переработка электронных отходов по-прежнему включает в себя промышленную плавку, которая стоит дорого и вредна экологически.
Конечно, и он есть. В идеале нам стоит перестать менять свои смартфоны быстрее, чем мы меняем носки. Но поскольку менять поведение потребителей — это наименее приемлемый вариант, приходится думать еще.
Материаловед Вина Сахайвалла из Университета Нового Южного Уэльса выбирает мелкосерийный подход к глобальной проблеме. Сахайвалла видит будущее в «микрозаводах», по одному на небольшое общество, которые смогут безопасно, чисто и эффективно извлекать все ценные металлы из устаревших мобильных телефонов и сжигать все остальное.
Ее подход позволит свести к минимуму потребность в человеческом контакте с более опасными материалами внутри смартфонов. Мобильный телефон будет разбиваться на части под током высокого напряжения. Затем ценные печатные платы будут извлекаться манипулятором и подаваться в крошечную печь, которая будет использовать точно контролируемые высокотемпературные реакции для извлечения ценных металлических сплавов. Любые токсичные или нежелательные материалы будут безопасно сжигаться.
Вся установка будет находиться в своего рода транспортном контейнере, который в итоге может стать лучшим примером кустарной промышленности для золотоискателей нашей эпохи, собирающих груды электронных отходов.
Читайте также: