Noem ons sceptisch, maar we wedden dat je niet wist dat 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethaan zich op je pc bevindt. Het is lang niet zo bekend als silicium, maar de moederborden van vandaag zouden niet zo betrouwbaar zijn zonder het.

Dit is slechts het topje van de ijsberg - pc's zijn opgebouwd uit een reeks ondoorzichtige materialen, waarvan er vele extreem duur zijn en moeilijk te ontginnen of extraheren. De kans bestaat dat u de eigenschappen van neodymium, ruthenium of gallium niet kunt beschrijven, maar ze spelen allemaal een cruciale rol bij het soepel laten verlopen van uw pc.

Hier nemen we een fluitje stop tour van de pc, component voor component, graven in de verbazingwekkende stoffen die worden gebruikt bij de vervaardiging ervan. We zullen iets van hun unieke eigenschappen zien en waarom ze worden gebruikt, maar we zullen ook de materialen zelf onderzoeken om te zien hoe ze eruit zien en waar ze vandaan komen.

We zullen nadenken over wat er zal gebeuren wanneer de voorraden van de zeldzamere elementen opraken, onderzoeken of deze chemicaliën een gezondheidsrisico vormen en onthullen weinig bekende en fascinerende feiten over deze meest mysterieuze materialen.

Als u deze feiten bij de hand hebt, zult u natuurlijk niet meer effectief zijn in het verbeteren van de prestaties van uw pc of het kiezen van uw volgende upgrade, maar u zult een vliegende start hebben wanneer u de volgende keer wordt gevraagd, in een pubquiz, wat tantalium en niobium met elkaar verbindt.

Silicium-chips

Dus, silicium chips - en hier kunnen we de processor, het geheugen, de GPU en de Southbridge chip aan toevoegen - zijn gemaakt van silicium, toch??

Goed silicium is van levensbelang, maar geen enkele chip die volledig uit silicium is gemaakt, zou een kans hebben om te werken. Om naar een stuk silicium te kijken, zou je denken dat het een metaal was, maar als je het zou laten vallen, zou het waarschijnlijk versplinteren, wat niet is wat je van een metaal zou verwachten. Met eigenschappen tussen metalen en niet-metalen maakt silicium deel uit van een kleine groep chemische elementen die bekend staan ​​als metalloïden of halfmetalen.

Semi-metaalachtig is ook hoe je de elektrische eigenschappen van silicium zou beschrijven - het zal elektriciteit geleiden, maar niet zo goed. Door silicium te doteren - de technische term voor het toevoegen van een kleine hoeveelheid van een ander element - kan de geleiding sterk worden verbeterd.

Dit is de sleutel tot de werking van de transistor, de basisbouwsteen van alle elektronische schakelingen. Om een ​​lang verhaal kort te maken, doping met boor of arsenicum verandert het silicium in iets dat een p-type halfgeleider wordt genoemd, terwijl dotering met fosfor of gallium een ​​n-type halfgeleider creëert.

De redenen hiervoor zijn te complex om hier uit te leggen, maar door het combineren van n-type en p-type halfgeleidermaterialen kom je uit op een transistor en door er genoeg van te verbinden, kun je een processor maken.

De transistors zijn verbonden met behulp van dunne koperen strips. Een gecompliceerde chip heeft meerdere lagen koperen banen nodig, dus er moeten daartussen isolatielagen worden gebruikt om kortsluiting te voorkomen.

De isolator is siliciumdioxide - dezelfde samenstelling die puur wit zand vormt. Dit kan gemakkelijk worden geproduceerd door het oppervlak van de siliciumwafer te oxideren terwijl de chips worden vervaardigd.

De exotische mix van chemicaliën in een processor houdt hier niet op. Intel en IBM haalde een paar jaar geleden de krantenkoppen toen ze een element met de naam hafnium gingen gebruiken om de prestaties van hun chips te verbeteren. Als je nog nooit van dit obscure element hebt gehoord, dan ben je in goed gezelschap.

Het volstaat om te zeggen dat het een metaal is, en zijn naaste buren in het periodiek systeem zijn de even zeldzame elementen lutetium, tantaal en het radioactieve materiaal rutherfordium. Als je hunkert naar weinig bekende feiten, is het vernoemd naar Hafnia, wat de Latijnse naam is voor de Deense hoofdstad, Kopenhagen, waar het werd ontdekt in 1923.

Bezorgd, vanwege het gebruik ervan in de controlestaven van kernreactoren, hebben sommige experts gesuggereerd dat het binnen 10 jaar op is tegen de huidige consumptieprijzen. Dat is echter een lange tijd in de wereld van halfgeleiders, en we hebben er vertrouwen in dat een alternatief - misschien zirkonium - het punt zal bereiken.

Hoewel de schijnbare schaarste van hafnium zou kunnen suggereren dat het duur zou zijn, is er een ander element dat in veel processors wordt gevonden dat ongeveer 50 keer meer kost, gram voor gram.

Goud wordt alleen in zeer kleine hoeveelheden gebruikt, maar het wordt gebruikt als de beplating op de pinnen of pads van de meeste high-performance processors. De eigenschap die het zo'n goed materiaal voor sieraden maakt, maakt het ook tot een uitstekend metaal voor het aanbrengen van plateringscomponenten: als een tamelijk niet-reactief element, wordt het niet dof door reactie met de lucht.

Dit heeft niet alleen invloed op het uiterlijk - het betekent dat het goede elektrische contact tussen de processor en zijn socket na verloop van tijd niet zal afnemen.

Als u zichzelf als een veiligheidsbewust beschouwt, heeft u mogelijk uw wenkbrauwen gefronst bij de vermelding van één bepaald element dat wordt gebruikt bij de productie van halfgeleiders. Honderdvijftig jaar geleden, toen de tinmijnbouw in Cornwall in volle gang was, was dat element een bijproduct van de tinproductie en werd het verkocht als een pesticide in de strijd tegen de kever van de kever die het land verwoestte. katoen gewassen.

Het element in kwestie is arseen, een ondergeschikt bestanddeel van het tinerts cassiteriet en dat werd afgedreven door een warmtebehandeling in een calcineeroven en gecondenseerd in een kamer die een labyrint wordt genoemd. Gezien het feit dat de jonge jongens die werden ingezet om het arseen uit het labyrint te verwijderen, zelden na hun vroege jaren twintig leefden, zou je verontschuldigd zijn voor het in twijfel trekken hoe verstandig het is om het in pc's te stoppen.

U zult opgelucht zijn om te horen dat slechts kleine delen van een siliciumchip zijn gedoteerd en zelfs dan zijn concentraties gemeten in enkele delen per miljoen alles wat nodig is om die alle belangrijke halfgeleidende eigenschappen te bieden. De bottom line is dat geïntegreerde schakelingen niet meer dan sporenhoeveelheden arseen bevatten.

Harde schotels

We weten allemaal dat harde schijven gegevens magnetisch opslaan, maar er zijn weinig overeenkomsten tussen deze gegevens en het oude DAT-formaat dat in de jaren tachtig werd gebruikt. Beide gebruiken een kop om gegevens te lezen en te schrijven naar magnetische media, maar daar eindigt de gelijkenis.

Magnetische schijven gebruiken een veel efficiëntere vorm van opname dan mogelijk is met een flexibele tape, hoewel die efficiëntie een prijs heeft. Terwijl magnetische tape een eenvoudige, goedkope strook van plastic film is geïmpregneerd met ijzeroxide (roest), of recenter chroomdioxide, wordt de schotel van een harde schijf gefabriceerd in een veel duurder meertrapsproces dat een extreem hoge mate vereist van nauwkeurigheid, en gebruikt een aantal interessante en esoterische materialen.

Het beginpunt is een gewone schijf, gefreesd tot hoge toleranties van een niet-magnetisch materiaal. Op deze manier kunnen de magnetische eigenschappen nauwkeurig worden afgesteld door dunne lagen andere materialen toe te voegen.

De schijf is meestal gemaakt van glas of metaal. Aluminium is een goede keuze, omdat het licht en niet-magnetisch is, maar harde schijven moeten robuust zijn en aluminium is op zichzelf niet moeilijk genoeg. In plaats daarvan is het gebruikte materiaal een legering van aluminium en magnesium, plus kleine hoeveelheden van andere elementen zoals silicium, koper en zink.

Er zitten daarom vijf of meer stoffen in de lege schaal, hoewel geen van deze precies zeldzaam of ongebruikelijk is - hoe meer esoterische materialen later worden gebruikt.

Het plateau zal draaien tot 7.200 tpm en de lees / schrijfkop zal een miljoenste millimeter boven het beeld zweven, dus elke oneffenheid zou catastrofaal zijn - het hoofd zou onmiddellijk crashen. Het is niet mogelijk om aluminiumlegeringen op de vereiste gladheid te polijsten, dus de blank moet worden gecoat in een laag van een stof genaamd NiP, die de hoge glans kan opnemen.

Dit materiaal is een legering van nikkel en fosfor. Een legering wordt meestal beschouwd als een mengsel van stoffen die hun eigenschappen delen, maar NiP kan niet meer verschillen van de samenstellende delen.

Fosfor is een niet-metaalachtig element en is daarbij zeer reactief. In zijn witte elementaire vorm zal het spontaan ontbranden in de lucht en hevig branden. Het is ook zeer giftig en gloeit in het donker. NiP heeft echter net als nikkel alle eigenschappen van een metaal en is relatief inert.

Vreemd echter, terwijl nikkel magnetisch is, is NiP dat niet. De meeste andere materialen op het plateau zijn verantwoordelijk voor de magnetische eigenschappen ervan. IJzer is het meest bekende magnetische materiaal, maar die je op een harde schijf vindt, zijn veel interessanter. Er zijn veel magnetische (of, om nauwkeuriger te zijn, ferromagnetische) metalen, maar die gebruikt in een harde schijf zijn gekozen voor de manieren waarop ze communiceren.

Omdat een meer gedetailleerde uitleg ons meeneemt in de fijne kneepjes van de natuurkunde, blijven we ver verwijderd van het 'waarom' en concentreren we ons volledig op het 'wat'. Ten eerste is er iets dat de zachtmagnetische onderlaag wordt genoemd, die is gemaakt van een legering van kobalt, nikkel en ijzer.

In de schijven met de hoogste prestaties wordt de zachtmagnetische onderlaag in tweeën gedeeld door een dunne laag van het element ruthenium. Slechts een zeer kleine hoeveelheid is nodig, wat net zo goed is - als het 74ste meest voorkomende element op aarde (en er zijn slechts 90 van nature voorkomende elementen), is ruthenium zeldzamer dan zowel goud als platina.

Er wordt jaarlijks voor een deel per miljard van de aardkorst gerekend, slechts 12 ton wordt geproduceerd, wat slechts voldoende is om een ​​kubus van één meter te maken. De naam komt van Ruthenia, het Latijnse woord uit de 13e eeuw voor het oude Rusland, bestaande uit delen van de huidige tijd: Rusland, Wit-Rusland, Oekraïne, Slowakije en Polen.

De echte opnamelaag is waar we de echt dure materialen vinden, omdat we nu naar een legering van kobalt, chroom en platina kijken. Hoewel platina overvloediger is dan ruthenium, omdat het zoveel meer toepassingen heeft - meestal als katalysator in de chemische industrie en katalysatoren in auto's - is het veel duurder. Momenteel verkoopt het voor $ 1.500 per Troy ounce, wat neerkomt op meer dan $ 48.000 per kilogram.

Harde schijf hoofden

Zeldzame en dure elementen worden niet alleen op de schijf gevonden, zoals we zullen zien wanneer we kijken naar dat andere belangrijke deel van een harde schijf - de lees / schrijf-kop. De kop is bevestigd aan een armsamenstel dat kan bewegen om toegang te krijgen tot een van de concentrische sporen van gegevens op de schijf.

Een integraal onderdeel van de arm is een draadspoel die in een magnetisch veld beweegt wanneer een elektrische stroom wordt aangelegd. Dat magnetisch veld wordt geleverd door een zeer krachtige magneet, waarvan een belangrijk bestanddeel neodymium is.

Neodymium lijkt veel op elk ander metaal, maar het is uniek omdat het de meest magnetische van alle elementen is. In zijn ruwe vorm is eigenschap niet bijzonder nuttig, omdat neodymium een ​​zo laag curie-punt heeft - de temperatuur waarboven magnetisme verloren gaat - dat alles met een neodymium-magneet gekoeld bewaard moet worden.

Dit is waar die andere metalen binnenkomen. Door twee delen van neodymium te mengen met 14 delen ijzer en een deel van boor, wordt een combinatie van sterk magnetisme en een hoog curiepunt bereikt. En we hebben het echt over sterke magneten - een neodymium-ijzer-boriummagneet kan meer dan duizend keer zijn eigen gewicht tillen.

Dit heeft aanleiding gegeven tot bezorgdheid over de veiligheid - als je ooit probeert een oude harde schijf te demonteren, zorg er dan voor dat je vingers ver uit de buurt zijn als de neodymiummagneten bij elkaar komen te liggen.

Dat is niet alles - hoewel neodymium, ijzer en boor allemaal vervormbaar zijn, is de legering die in magneten wordt gebruikt broos, dus als u een paar neodymium magneten toestaat om op elke afstand samen te klikken, pas op voor vliegende scherven van legeringen.