Chiamaci scettici, ma scommettiamo che non sapevi che il 7,7,8,8-tetracyanoquinodimetano è contenuto nel tuo PC. Non è quasi noto come il silicio, ma le schede madri di oggi non sarebbero altrettanto affidabili senza di esso.

Questa è solo la punta dell'iceberg - I PC sono costruiti con una gamma di materiali oscuri, molti dei quali sono estremamente costosi e difficili da estrarre o estrarre. Probabilmente non sarai in grado di descrivere le proprietà del neodimio, del rutenio o del gallio, ma hanno tutte una parte vitale da giocare per mantenere il tuo PC senza intoppi.

Qui facciamo un giro di prova del PC, componente per componente, scavando nelle sostanze stupefacenti che vengono utilizzate nella sua fabbricazione. Vedremo qualcosa delle loro proprietà uniche e del perché sono utilizzate, ma esamineremo anche i materiali stessi per vedere come sono e da dove provengono.

Valuteremo cosa accadrà quando le scorte degli elementi più rari si esauriranno, esamineremo se queste sostanze chimiche rappresentano un rischio per la salute e rivelano fatti poco noti e affascinanti su questi materiali più misteriosi.

Certamente, avere questi fatti a portata di mano non ti renderà più efficace nel migliorare le prestazioni del tuo PC o scegliere il tuo prossimo aggiornamento, ma partirai alla grande quando ti verrà chiesto, in un quiz sui pub, ciò che lega il tantalio e il niobio.

Chip di silicio

Quindi, i chip di silicio - e qui potremmo includere il processore, la memoria, la GPU e il chip Southbridge - sono fatti di silicio, giusto?

Beh, il silicio è di vitale importanza, ma nessun chip realizzato interamente in silicio avrebbe una possibilità di funzionare. Per guardare un pezzo di silicio, penseresti che fosse un metallo, ma se dovessi lasciarlo cadere, è probabile che si spezzerebbe, il che non è quello che ti aspetteresti da un metallo. Con proprietà intermedie tra metalli e non-metalli, il silicio fa parte di un piccolo gruppo di elementi chimici noti come metalloidi o semi-metalli.

Semi-metallico è anche il modo in cui descriveresti le proprietà elettriche del silicio: condurrà elettricità, ma non molto bene. Tuttavia, il silicio drogante - il termine tecnico per aggiungere una piccola quantità di un altro elemento - la sua conduttività può essere notevolmente migliorata.

Questa è la chiave per il funzionamento del transistor, il componente base di tutti i circuiti elettronici. Per farla breve, il doping con boro o arsenico trasforma il silicio in qualcosa chiamato semiconduttore di tipo p, mentre il drogaggio con fosforo o gallio crea un semiconduttore di tipo n.

Le ragioni di ciò sono troppo complesse per essere spiegate qui, ma combinando materiali semiconduttori di tipo n e p si finisce con un transistor, e collegandone una quantità sufficiente è possibile creare un processore.

I transistor sono collegati usando strisce di rame sottili. Un chip complesso avrà bisogno di diversi strati di piste di rame, quindi è necessario utilizzare strati di materiale isolante tra loro per evitare che si mettano in cortocircuito.

L'isolante è diossido di silicio - lo stesso composto che costituisce la sabbia bianca pura. Questo può essere prodotto facilmente ossidando la superficie del wafer di silicio mentre i chip vengono fabbricati.

Il mix esotico di sostanze chimiche in un processore non finisce qui. Intel e IBM hanno fatto notizia alcuni anni fa quando hanno iniziato a utilizzare un elemento chiamato afnio per migliorare le prestazioni dei loro chip. Se non hai mai sentito parlare di questo elemento oscuro, allora sei in buona compagnia.

Basti dire che si tratta di un metallo, ei suoi vicini vicini nella tavola periodica sono gli elementi altrettanto rari di lutezio, tantalio e del rutherfordium di materiale radioattivo. Se brami fatti poco noti, prende il nome da Hafnia, che è il nome latino della capitale danese, Copenaghen, dove fu scoperto nel 1923.

E 'preoccupante, a causa del suo uso nelle barre di controllo dei reattori nucleari, alcuni esperti hanno suggerito che si esaurirà entro 10 anni ai tassi di consumo attuali. Però è un bel po 'di tempo nel mondo dei semiconduttori e ci sentiamo sicuri che un'alternativa - forse lo zirconio - si farà avanti nel segno.

Mentre l'apparente scarsità di afnio potrebbe suggerire che sarebbe costoso, c'è un altro elemento trovato in molti processori che costa circa 50 volte di più, grammo per grammo.

L'oro viene utilizzato solo in quantità molto piccole, ma viene utilizzato come placcatura sui piedini o sui pad della maggior parte dei processori ad alte prestazioni. La proprietà che lo rende un materiale così buono per i gioielli lo rende anche un metallo eccellente per la placcatura dei componenti: come elemento abbastanza non reattivo, non si appanna per la reazione con l'aria.

Ciò non influisce solo sul suo aspetto: significa che il buon contatto elettrico tra il processore e il suo socket non diminuirà nel tempo.

Se ti consideri attento alla sicurezza, potresti aver sollevato le sopracciglia alla menzione di un particolare elemento utilizzato nella produzione di semiconduttori. Centocinquanta anni fa, quando l'industria della miniera di latta della Cornovaglia era in pieno svolgimento, quell'elemento era un sottoprodotto della produzione di stagno, e fu venduto all'America come pesticida nella lotta contro il coleottero del mostro che stava devastando il paese colture di cotone.

L'elemento in questione è l'arsenico, un costituente minore della cassiterite di stagno e che fu scacciato dal trattamento termico in un calcinatore e condensato in una camera chiamata labirinto. Dato il fatto che i ragazzi che erano stati impiegati per rimuovere l'arsenico dal labirinto raramente vivevano oltre i vent'anni, ti verrebbero scusati per mettere in discussione quanto sia ragionevole metterlo in PC.

Sarai sollevato nel sentire che solo piccole porzioni di un chip di silicio sono drogate e, anche allora, le concentrazioni misurate in poche parti per milione sono tutto ciò che è necessario per fornire quelle importanti proprietà dei semiconduttori. La linea di fondo è che i circuiti integrati contengono non più di tracce di arsenico.

Piatti del disco rigido

Sappiamo tutti che i dischi rigidi memorizzano i dati magneticamente, ma ci sono poche somiglianze tra loro e il vecchio formato DAT utilizzato negli anni '80. Entrambi usano una testa per leggere e scrivere dati su supporti magnetici, ma lì la somiglianza finisce.

I dischi magnetici utilizzano una forma di registrazione molto più efficiente di quanto sia possibile con un nastro flessibile, sebbene l'efficienza abbia un prezzo. Mentre il nastro magnetico è una striscia semplice ed economica di film plastico impregnato di ossido di ferro (ruggine), o più recentemente di biossido di cromo, il piatto di un hard disk è prodotto in un processo multistadio molto più costoso che richiede un grado estremamente alto di precisione e utilizza alcuni materiali interessanti ed esoterici.

Il punto di partenza è un disco semplice, lavorato a tolleranze elevate da un materiale non magnetico. In questo modo le proprietà magnetiche possono essere accuratamente messe a punto aggiungendo strati sottili di altri materiali.

Il disco è in genere realizzato in vetro o metallo. L'alluminio è una buona scelta dato che è leggero e non magnetico, ma gli hard disk devono essere robusti e l'alluminio non è abbastanza duro da solo. Invece, il materiale utilizzato è una lega di alluminio e magnesio, oltre a piccole quantità di altri elementi come silicio, rame e zinco.

Ci sono quindi cinque o più sostanze nel piatto bianco, anche se nessuna di esse è esattamente rara o insolita - più i materiali più esoterici vengono usati in seguito.

Il piatto girerà fino a 7.200 giri / min, e la testina di lettura / scrittura sorvolerà i milionesimi di millimetro sopra di esso, quindi qualsiasi disuguaglianza sarebbe catastrofica: la testa si schianterebbe immediatamente. Non è possibile lucidare la lega di alluminio con la levigatezza necessaria, quindi il bianco deve essere rivestito in uno strato di una sostanza denominata NiP, che può prendere l'elevata lucentezza.

Questo materiale è una lega di nichel e fosforo. Solitamente si pensa che una lega sia una miscela di sostanze che condivide le loro proprietà, ma la NiP non potrebbe essere più diversa dalle sue parti costitutive.

Il fosforo è un elemento non metallico e molto reattivo. Nella sua forma elementare bianca, si accenderà spontaneamente nell'aria e brucerà ferocemente. È anche altamente tossico e si illumina al buio. Tuttavia, come il nickel, il NiP ha tutte le proprietà di un metallo ed è relativamente inerte.

Stranamente però, mentre il nichel è magnetico, NiP non lo è. La maggior parte degli altri materiali sul piatto sono responsabili delle sue proprietà magnetiche. Il ferro è il materiale magnetico più familiare, ma quelli che troverai in un hard disk sono molto più interessanti. Ci sono molti metalli magnetici (o, per essere più precisi, ferromagnetici), ma quelli usati in un hard disk sono scelti per i modi in cui interagiscono.

Dal momento che una spiegazione più dettagliata ci porterebbe nella complessità della fisica, staremo ben lontani dal "perché" e concentrarci direttamente sul "cosa". Prima c'è qualcosa chiamato sottostrato magnetico morbido, che è fatto da una lega di cobalto, nichel e ferro.

Nei dischi ad alte prestazioni, il sottostrato magnetico morbido è diviso in due da un sottile strato dell'elemento rutenio. Solo una piccola quantità è necessaria, il che è altrettanto buono - come il 74 ° elemento più abbondante sulla Terra (e ci sono solo 90 elementi naturali), il rutenio è più raro sia dell'oro che del platino.

Conta una parte per miliardo di crosta terrestre, solo 12 tonnellate vengono prodotte ogni anno, il che è sufficiente per creare un cubo di un metro. Il suo nome deriva da Ruthenia, la parola latina del XIII secolo per l'antica terra di Rus, che comprendeva parti dell'attuale Russia, Bielorussia, Ucraina, Slovacchia e Polonia.

Il vero livello di registrazione è quello in cui troviamo i materiali davvero costosi, dato che ora stiamo osservando una lega di cobalto, cromo e platino. Sebbene il platino sia più abbondante del rutenio, perché ha molti più usi - principalmente come catalizzatore nell'industria chimica e nei convertitori catalitici nelle automobili - è molto più costoso. Attualmente vende per $ 1.500 per oncia Troy, che funziona come oltre $ 48.000 per chilogrammo.

Teste del disco rigido

Elementi rari e costosi non si trovano solo sul piatto, come vedremo quando guardiamo quell'altra parte importante di un hard disk - la testina di lettura / scrittura. La testa è collegata a un gruppo di bracci, che può spostarsi per accedere a qualsiasi traccia concentrica di dati sul piatto.

Una parte integrale del braccio è una bobina di filo che si muove in un campo magnetico ogni volta che viene applicata una corrente elettrica. Quel campo magnetico è fornito da un magnete molto potente, di cui un costituente principale è il neodimio.

Il neodimio ha lo stesso aspetto di qualsiasi altro metallo, ma è unico per essere il più magnetico di tutti gli elementi. Nella sua forma grezza quella proprietà non è particolarmente utile, dal momento che il neodimio ha un punto di curie così basso - la temperatura oltre la quale si perde il magnetismo - che qualsiasi cosa contenente un magnete al neodimio dovrebbe essere refrigerata.

È qui che entrano in gioco altri metalli. Miscelando due parti di neodimio con 14 parti di ferro e una parte di boro, si ottiene una combinazione di forte magnetismo e alto punto di curie. E stiamo davvero parlando di potenti magneti: un magnete al neodimio ferro-boro può sollevare più di mille volte il proprio peso.

Ciò ha dato adito a problemi di sicurezza - se mai provi a smontare un vecchio disco rigido, assicurati che le dita siano ben tese se la coppia di magneti al neodimio si ritraggono insieme.

Non è tutto - sebbene il neodimio, il ferro e il boro siano tutti malleabili, la lega utilizzata nei magneti è fragile, quindi se si consente a un paio di magneti al neodimio di scattare insieme da qualsiasi distanza, fare attenzione ai frammenti di lega volanti.