Technologien von heute und morgen. Kristalle sind nicht nur unsere „Mikroskope“ zum Enträtseln der atomaren Struktur der Materie.
Sie sind auch allgegenwärtig und spielen eine fundamentale Rolle in unserem täglichen Leben. Die Kristallographie hat es uns ermöglicht, zu lernen, die Eigenschaften von Kristallen zu manipulieren und zu unserem Vorteil zu nutzen.
Denn dies ist weitgehend eine der Säulen, auf denen Wissenschaft und Technik zum Aufbau des Wohlfahrtsstaates beigetragen haben. Die Technologie, die Kristalle ermöglichen und bereitstellen, ist aus unserer Welt nicht mehr wegzudenken.
Um dies zu beweisen, brauchen wir nur einen Blick auf etwas zu werfen, das fast jeder bei sich trägt: ein Handy. Und der piezoelektrische Effekt einiger Kristalle ermöglicht es uns, Geräte wie Sonar und Ultraschall zu bauen.
Kristall: Technologien von heute und morgen
Jeder der winzigen Chips, die unsere Geräte zum Funktionieren bringen, enthält einen winzigen Halbleiterkristallchip mit winzigen, im Nanometerbereich geätzten Schaltkreisen, die aus mehreren hundert bis mehreren Millionen elektronischen Komponenten bestehen.
Es ist durchaus möglich, dass Ihr Mobiltelefon mit einem LCD-Bildschirm ausgestattet ist. Die Abkürzung steht für „Liquid Crystal Display“ (Flüssigkristallanzeige) und die Funktionsweise basiert tatsächlich auf den Lichtmodulationseigenschaften, die Flüssigkristalle haben, weil sie Kristalle sind. Eine weitere Bildschirmtechnologie ist LED („Light Emitting Diode“). In diesem Fall wird das Bild durch das Licht gebildet, das von jedem Pixel, einer kleinen Halbleiterkristalldiode, ausgesendet wird. LEDs sind im Alltag immer mehr präsent, und zwar nicht nur in Fernsehbildschirmen und Mobiltelefonen, sondern auch in Werbetafeln und sogar in den Lampen in unseren Wohnungen.
Kristall: Technologien von heute und morgen
Telefone werden zunehmend mit Sensoren ausgestattet, die sie „intelligenter“ machen. Sie sind in der Regel mit Kompass, Gyroskop oder Beschleunigungsmesser ausgestattet, die es ihnen ermöglichen, ihre Orientierung und Bewegungen zu kennen. Im Laufe der Zeit werden weitere Sensoren (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck…) integriert werden. Die Technologie der mikro-elektromechanischen Systeme (MEMS) ermöglicht die Mikroproduktion auf einem kristallinen Substrat von mechanischen, thermischen, optischen und flüssigen Strukturen, zusammen mit der für ihren Betrieb notwendigen Elektronik.
Alle digitalen elektronischen Geräte (einschließlich Mobiltelefone) verwenden eine oder mehrere Uhren, um den Takt elektronischer Schaltungen vorzugeben und deren Betrieb zu synchronisieren. Diese Uhr ist typischerweise ein Schwingkreis, der auf dem piezoelektrischen Effekt eines Quarzkristalls basiert. Tatsächlich wird das entsprechende elektronische Bauteil im Volksmund „Kristall“ genannt und ist dasselbe wie in Armbanduhren, Computern, Radios und einer fast unendlichen Anzahl anderer elektronischer Geräte. Das gleiche Phänomen der Piezoelektrizität wird auch für den Betrieb anderer Geräte wie Mikrofone und Telefonlautsprecher, Tonabnehmer für Musikinstrumente, Sonar und medizinischen Ultraschall genutzt.
Neben den elektronischen und mechanischen Eigenschaften liegen auch andere Eigenschaften von Kristallen aktuellen Technologien zugrunde, wie z. B. dem Laser oder den Komponenten der nichtlinearen Optik, die es uns ermöglichen, Lichtstrahlen zu erzeugen oder zu manipulieren.
Die Solarenergie verwendet unter anderem Siliziumkristalle, und ihre Zukunft hängt weitgehend davon ab, den billigsten Weg zur Herstellung von III-V-Verbundkristallen zu finden.
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