Urządzenia elektryczne i sprzęt elektroniczny towarzyszą nam na co dzień. Jednak nie zawsze wyglądały one tak, jak dziś. Przez ponad 300 lat rozwoju elektroniki zmieniały się surowce stosowane do produkcji oraz wygląd urządzeń elektrycznych. Wiele z nich pozostało jednak bez zmian i można je było znaleźć w sprzęcie od samego początku.
W pierwszych urządzeniach elektronicznych popularnymi surowcami były drewno i metal, ponieważ nie znano jeszcze wtedy m.in. tworzyw sztucznych (plastiku).
Na przykład, pierwszy protoplasta telefonu z XVII wieku był skonstruowany z dwóch metalowych (cynowych) naczyń, połączonych naprężonym metalowym drutem, co umożliwiało komunikację na odległość. Pierwszy telefon podobny do współczesnych, skonstruowany przez Alexandra Bella, powstał w XIX wieku i miał metalowo-drewnianą obudowę. Kolejnym przykładem urządzenia metalowo-drewnianego jest fonograf. Jest to urządzenie służące do zapisu i odtwarzania dźwięku o drewnianej obudowie i metalowych częściach, takich jak igła i ramię do odczytywania dźwięku z płyt. Następca fonografu – gramofon – zawierał często w swojej budowie również szkło. Działo się tak, ponieważ dla poprawnego odczytywania muzyki z płyt potrzebna była duża stabilność urządzenia, gwarantowana przez ciężką obudowę ze szkła, metalu lub drewna (lub kombinacji tych surowców).
Inne materiały użyte w budowie fonografu kryją się w membranie, która zmienia wibracje w dźwięk. Membrana ta była zwykle wykonana z miki (rodzaj kamienia) lub karuku (rybiego kleju). Ten pierwszy materiał – mika – jest minerałem, który pochodzi ze skał krzemianowych o budowie warstwowej, która ma bardzo dobre właściwości izolacyjne (blokuje przepływ prądu) i z tego powodu jest chętnie wykorzystywana w urządzeniach elektrycznych. Przykłady zastosowań miki to izolowanie elementów elektrycznych w kondensatorach i tranzystorach, a także do oddzielania od siebie elementów silników elektrycznych. Ponadto mika stosowana jest w urządzeniach grzejnych – jej odporność na temperaturę sięga 900 stopni Celsjusza. Miki są również źródłem litu – pierwiastka o szerokim zastosowaniu w elektronice, używanego np. do produkcji baterii litowo-jonowych, stosowanych w telefonach i laptopach.
Mika jest również używana do produkcji ceramiki, która w urządzeniach elektrycznych również stosowana jest współcześnie. Ceramiczne elementy są umieszczane np. na liniach wysokiego napięcia w celach izolacji przepływu prądu – dzięki temu na słup może wejść operator w celu naprawy zepsutych elementów. Głównie jednak ceramika ma za zadanie odprowadzać ciepło z urządzeń elektrycznych, zapobiegając awariom i stopieniu sprzętu, a także jest używana jako materiał ogniotrwały. Innym zastosowaniem ceramiki są magnesy, które zastąpiły magnesy naturalne. Magnesy ceramiczne cechują się odpornością na temperaturę do 250 stopni Celsjusza, możliwością utworzenia dowolnego kształtu magnesu i odpornością na korozję.
Wspomniane przeze mnie wcześniej drewno stosowane jest w elektronice również współcześnie. Najczęściej różne rodzaje drewna używane są w produkcji instrumentów muzycznych, np. gitar elektrycznych. Od rodzaju drewna zależy brzmienie instrumentu oraz jego jakość. Drewno jest również stosowane do produkcji wzmacniaczy i głośników, a nawet słuchawek nausznych (jako element ozdobny). Ponieważ ponownie zapanowała moda na gramofony, o których wspomniałem wcześniej, również i w tych urządzeniach używane jest drewno, ze względu na trwałość, jak i walory użytkowe – gwarantuje wspomnianą już wcześniej stabilność sprzętu. Ponadto nowe badania naukowe wskazują na możliwość używania przetworzonego drewna do produkcji przyjaznego środowisku sprzętu elektronicznego, np. układów elektronicznych i czujników.
Do dziś stosuje się w elektronice również szkło i metale. Szkło specjalne w przeszłości było stosowane w ekranach kineskopowych, używanych w telewizorach lampowych. Szkło wzbogacone w bor, tzw. szkło borokrzemowe, było używane w połowie XX wieku ze względu na swoją odporność na temperaturę np. do odprowadzania ciepła w nadajnikach radiowych, które generowały wysoką temperaturę. Dziś szkło jest używane głównie do wytwarzania ekranów wyświetlaczy, telewizorów, telefonów komórkowych, a także hartowanego szkła, które zabezpiecza ekrany smartfonów. W sprzętach domowych szkło można znaleźć w obudowach i akcesoriach sprzętów takich jak kuchenki mikrofalowe, piekarniki, garnki, a także szklane elementy wyposażenia, takie jak np. płyty indukcyjne.
Surowcem używanym w produkcji sprzętu elektrycznego po dziś dzień są również różnego rodzaju metale. Jak wspomniałem, pierwowzór telefonu był wykonany z metalowych naczyń i metalowego drutu. Metale spełniają w sprzęcie elektrycznym różne funkcje. Jednym z metali używanych zwłaszcza w artykułach gospodarstwa domowego (AGD) jest żelazo, a właściwie jej stop z węglem, czyli stal. Najczęściej w sprzętach domowych używana jest stal nierdzewna, która, jak wskazuje jej nazwa, jest odporna na rdzę. W kuchni stal nierdzewną możemy znaleźć w urządzeniach takich jak miksery, krajalnice, tostery, frytownice, piekarniki i wiele innych. Kolejnym popularnym metalem stosowanym w sprzęcie elektrycznym jest miedź. Ma ona bardzo dobre przewodnictwo prądu, dlatego stosuje się ją w przewodach elektrycznych. W przewodach również stosowane jest aluminium, które jest tańszym (ale niekoniecznie lepszym) odpowiednikiem miedzi. Aluminium (a właściwie jego stopy – czysty glin jest zbyt miękki) jest wykorzystywane w obudowach urządzeń, np. komputerów stacjonarnych, ze względu na swoją niewielką masę. W przeszłości popularny był również cynk, który służył do produkcji pierwszych ogniw (poprzedników baterii), a współcześnie służy głównie do zabezpieczania powierzchni metalowych przed korozją (tzw. cynkowanie). Ponadto w bateriach, jak i akumulatorach samochodowych, można znaleźć ołów. Powszechnie stosowane w elektronice są również metale szlachetne, takie jak srebro, złoto czy metale z grupy platynowców. Srebro ma doskonałe właściwości termoizolacyjne (ochrona przed temperaturą) i z tego powodu srebro w formie pasty stosowane jest w procesorach komputerowych, które bardzo szybko osiągają wysoką temperaturę, a srebro ma za zadanie tę temperaturę odprowadzić na zewnątrz. Natomiast złoto ma zastosowanie we wszelkiego rodzaju złączach elektrycznych, ponieważ jest również świetnym przewodnikiem, w dodatku bardziej odpornym na korozję niż miedź i srebro. Platyna używana jest w urządzeniach do pomiarów, np. w laboratoriach, jak również do czujnikach temperatury. Innym metalem z grupy platynowców spotykanym w sprzęcie elektrycznym jest osm, który jest stosowany w twardych stopach metali, występujących np. w igłach gramofonów czy stykach elektrycznych. Wreszcie popularne w elektronice są tzw. metale ziem rzadkich, które są niezwykle cenne dla produkcji np. wyświetlaczy, laserów, oświetlenia fluorescencyjnego czy magnesów (tzw. magnesy neodymowe – często występują w głośnikach i słuchawkach). Metalem stosowanym na mniejszą skalę jest rtęć, którą najbardziej znamy z termometrów. Inne miejsca występowania rtęci to świetlówki (w postaci gazowej) i elektrody pomiarowe w laboratoriach (w postaci chlorku rtęci, tzw. kalomelu).
Specyficznym rodzajem materiałów stosowanych w elektronice są półprzewodniki. Są to materiały, które przewodzą prąd gorzej od przewodników, ale nie izolują go tak jak izolatory (np. wspomniana mika czy produkty ceramiczne). Półprzewodniki najczęściej stosowane są w formie kryształów, np. krzemu lub bardziej skomplikowanych związków chemicznych. Takie materiały umożliwiają dużą miniaturyzację, dlatego są często wykorzystywane do takich przedmiotów jak diody czy tranzystory (wzmacniacze sygnału). Mono- lub polikryształowe półprzewodniki są również nieodzownym elementem laserów do odczytywania danych z płyt CD, DVD i Blu-Ray.
Surowce używane współcześnie, które nie były znane w przeszłości, to tworzywa sztuczne. Tworzywa spotykane są zarówno w obudowach, zwłaszcza sprzętów domowych (telewizory, laptopy, tostery, dekodery, myszki, klawiatury, konsole do gier i wiele innych), jak i w akcesoriach, takich jak m.in. uchwyty, pokrętła, urządzenia sterujące (piloty). Tworzywa w elektronice najczęściej zawierają substancje opóźniające spalanie, takie jak brom lub chlor, które powodują zwiększenie odporności tworzyw na wysoką temperaturę. Często używanym tworzywem sztucznym są również różnego rodzaju gumy. Gumowe elementy to najczęściej zewnętrzne powłoki kabli elektrycznych, jak również przyciski np. w pilotach do urządzeń. Jeśli już wspomnieliśmy o naczyniach, to surowcem często w nich spotykanym jest poli(tetrafluoroetylen), znany bardziej jako teflon. Jego obecność w naczyniach wynika z konieczności odporności na temperaturę i środki chemiczne, takie jak oleje czy kwasy (np. kwas cytrynowy). Wspomniany przeze mnie gramofon lub bardziej współczesne urządzenia do odtwarzania muzyki wykorzystują nośniki zwane płytami. Płyty gramofonowe, zwane winylami, są wykonane z polichlorku winylu, tego samego, który stosuje się do produkcji np. rur. Natomiast płyty CD lub DVD są wykonane z poliwęglanów, stosowanych również do produkcji np. szyb kuloodpornych. Inne tworzywa sztuczne używane w elektronice to żywice. Zastosowanie żywic mieści się w produkcji płytek drukowanych (które są nośnikami podzespołów komputerowych) oraz zabezpieczeniu modułów elektronicznych (np. procesorów). W przeszłości specyficzny rodzaj żywicy, tzw. szelak, był wykorzystywany do produkcji płyt gramofonowych.
Surowce, które nie są ciałami stałymi, a są również szeroko stosowane w elektronice, to elektrolity i gazy techniczne. Elektrolit to ciekły roztwór substancji zapewniający przepływ prądu elektrycznego. Zjawisko to odkryli w XVIII wieku Luigi Galvani (stąd nazwa ogniwo galwaniczne) oraz Alessandro Volta, który wywołał przepływ prądu poprzez zanurzenie dwóch różnych metali (miedź i cynk) w roztworze kwasu siarkowego (tzw. ogniwo Volty). Złączenie kilku ogniw ze sobą powoduje powstanie baterii ogniw (potocznie baterii). Wyróżniamy elektrolity kwasowe (obecne w starszych bateriach, do dziś stosowane w akumulatorach samochodowych), zasadowe (o większej pojemności i żywotności niż kwasowe, ale droższe; stosowane powszechnie w urządzeniach zasilanych bateriami pojedynczymi, tzw. „paluszkami”) oraz litowe (litowo-polimerowe i litowo-jonowe; stosowane w urządzeniach takich jak laptopy, telefony czy aparaty cyfrowe). Zastosowanie gazów technicznych zmieniało się wraz z rozwojem elektroniki. Popularnym gazem technicznym był dawniej freon, stosowany głównie w urządzeniach chłodniczych (lodówki, zamrażarki). Jednak z powodu jego szkodliwości dla atmosfery ziemskiej (powoduje dziurę ozonową) został on wycofany z użycia i zastąpiony gazami takimi jak propan czy izobutan. Gazy mają zastosowanie również w popularnych świetlówkach, czyli lampach jarzeniowych, które obecnie są już używane coraz rzadziej. Występujące tam gazy to argon (gaz szlachetny) oraz pary rtęci.
Jak widzicie, surowce stosowane kiedyś i dziś są różne, co jest spowodowane postępem w rozwoju technologii. Jednak nie znaczy to, że surowce stosowane dziś są lepsze od tych używanych kiedyś. O ich wpływie na środowisko opowiem w następnym artykule.
Jak widzicie, surowce stosowane kiedyś i dziś są różne, co jest spowodowane postępem w rozwoju technologii. Jednak nie znaczy to, że surowce stosowane dziś są lepsze od tych używanych kiedyś. O ich wpływie na środowisko opowiem w następnym artykule.
