Missade du de tidigare delarna i artikelserien? Börja med del 1!

Ämne 13: Aluminium (Al)

Aluminium i himlen. Hela det svenska kraftnätet består av aluminium. Bild: 123df (CC BY-SA 3.0)

Namn: Aluminium
Densitet: 2,7 ton per kubikmeter
Smältpunkt: 660 grader Celsius
Kokpunkt: 4478 grader Celsius

Aluminium finns överallt på jorden, det är den vanligaste metallen i jordskorpan. Tack var den låga densiteten används den huvudsakligen som konstruktionsmetall i bilar, datorlådor och flygplan, gärna legerad med zink eller koppar för ökad hårdhet. Ren är den allt för mjukt.

Aluminium används också som reflekterande material i teleskopspeglar, och som kylflänsar för att kyla elektronik eftersom den leder värme så bra.
Det som blänker i en cd-skiva är också aluminium, ett atomlagerstjockt på-ångat skikt.

Används i högspänningsledningar

För en elektriskt sinnad person är dock metallens största användningsområde som elektrisk ledare, eftersom ledningsförmågan är god. Eftersom densiteten är låg används det till högspänningsledningar, men styrkan är inte tillräcklig, så en typisk högspänningsledare har en stålkabel inspunnen i mitten – det kallas acsr, aluminum conductor, steel reinforced.
Järnvägens kontaktledning består dock av brons, för ökad slitstyrka.

En tråkig sak med aluminium är att det inte kan lödas som koppar, eftersom en ren aluminiumyta passiverar sig själv med en tunn oxidhinna. I stället tvingas man punktsvetsa.

Aluminiumnitrid (AlN) är en stark keram som kommer att få stor användning som värmetåligt basmaterial för högtemperaturelektronik framöver.

Mer om aluminium

Den engelske kemiprofessorn Martyn Poliakoff och hans forskargupp har gjort en serie banbrytande videofilmer om alla grundämnen, som både är upplysande och underhållande. De kallar sin serie for PTOV, The Periodic Table of Videos:
http://www.periodicvideos.com
PTOV-filmen om aluminium:
http://www.periodicvideos.com/videos/013.htm
Mer om aluminium på Wikipedia:
http://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium
Exempel på ett aluminiumskal: http://www.idg.se/2.1085/1.554476/thunderbolt-harddisk-lovar-dubbla-prestanda

Ämne 14: Kisel (Si)


Kiseldioxid i optiska fibrer makes ze vörld go a-round, ze vörld go a-rund, ze vörld ... Bild: Timwether (GFDL)

Namn: Kisel
Engelskt namn: Silicon (Används inte i svensk text! Det som vi på svenska kallar silikon är kolbaserad plast med inslag av kiselatomer, som klarar högre temperaturer.)
Densitet: 2,33 ton per kubikmeter
Smältpunkt: 2 577 grader Celsius
Kokpunkt: 5 909 grader Celsius

Kisel är det vanligaste ämnet i jordskorpan, hela 90 procent. Där har det formen kiseldioxid, fast vi oftast kallar det för sand. Vanliga produkter är glas, cement, optiska fibrer och glasfiber för till exempel glasfiberbåtar.


En kiselkrets. Det är dock inte kislet som syns, utan legeringarna och ledningsmönstret i det tunna lagret ovanpå. Kislet är svart i bilden. Bild: Zephyris (CC-BY-SA-3.0)

Inget grundämne har fått så mycket uppmärksamhet som kisel på senare tid. Det används för vår tids underverk, halvledare, och bildar basmaterialet på vilket man förlägger transistorer och andra halvledarkomponenter. Det används också som basmaterial för solceller.

I elektronikens begynnelse var det germanium som var det stora hoppet, men det ämnet hade emellertid så dåliga termiska egenskaper att man slutade använda det, till förmån för kisel. Vi får se om germaniumet får en comeback snart, eftersom vi är bättre på att hantera materialet i dag.

Renas till 99,9999999 procent

Kisel renas till 99,9999999 procent och får stelna långsamt så att det kristalliserar till en enda stor kristall, ofta en stav med 25 centimeters diameter och ett par meters längd kallad ett göt, eller ingot på engelska.
Till halvledare kan man bara använda monokristallit kisel, alltså en skiva av kisel sågad ur en enda kristall, eftersom det blir röra på atomnivå i materialet där det uppstår gränser mellan olika kristaller. Kretsar som hamnar i gränsskiktet skulle inte fungera.

För solceller kan man dock tolerera kisel med flera kristaller, så kallat polykristallint kisel, med något sämre verkningsgrad som resultat, men med ett betydligt lägre pris.

Polykristallint kisel. De enskilda kristallerna som breder ut sig som fjädrar. Bild: Georg Slickers (CC-BY-SA-2.5)

Kiselhalvledare fungerar sällan vid högre temperatur än 200 grader. Kisel i förening med kol kallas kiselkarbid och kan också dopas som en halvledare och fungerar då utmärkt även uppåt 700 grader och lämpar sig till exempel för montage i högtemperaturtillämpningar, som jetmotorer och borrkronor, och i elektronik för bruk i extrema miljöer, till exempel på Venus.

Kiselkarbidhalvledare körs vid 500 graders temperatur. Här en op-förstärkare från KTH. Bild: Raheleh Hedayati.

Kisel inblandat fett blir till kiselfett (silikonfett) som används som mellanlägg mellan halvledare och kylflänsar, för att förbättra anliggningen och därmed energitransporten.

Mer om kisel
PTOV-filmen om kisel:
http://www.periodicvideos.com/videos/014.htm
Mer om kisel på Wikipedia:
http://en.wikipedia.org/wiki/Silicon
Besök i halvledarfabrik på Irland:
http://www.idg.se/2.1085/1.383976/intel-fab-24--ett-rent-monster
”Kretsar som tål 500 grader”:
http://techworld.idg.se/2.2524/1.563041/kretsar-som-tal-500-grader

Ämne 15: Fosfor (P)

Namn: Fosfor
Engelskt namn: Phosphorus (Används inte i svensk text!)
Densitet: 1,823–2,69 ton per kubikmeter
Smältpunkt: 44,2 grader Celsius
Kokpunkt: 280,5 grader Celsius
Notera: Olika former av fosfor (vit, röd, violett) smälter, kokar eller sublimerar vid olika temperaturer.

Fosfor är ett ämne som fått dåligt rykte på grund av dess användning i vapen. Vit fosfor självantänder vid 34 grader och används för brandbomber – blandat med till exempel napalm blir det till ett brinnande, kletigt helvete som inte kan släckas.

Fosfor lyser grönt i mörker när dess yta oxideras, vilket givit upphov till ordet fosforescens, en kvantfysisk effekt. När hela ytan oxiderats slocknar fosforet.
Fosfor kan användas i legering med brons, så kallad fosforbrons, vilket gör metallen fjädrande och slitstark, lämplig för fjädrar och kontakter.

Fosfor används som dopämne i halvledartillverkning och ger n-dopning, ett överskott på elektroner. I övrigt är det inte mycket nytta med fosfor för en elektroniker.

Fosfor används inte alls som lysämne på insidan av katodstrålerör för oscilloskop, radarskärmar och tv, eller i plasma-tv. Däremot är lysämnet fosforescerande och omvandlar energin i elektronstrålen till ljus. I själva verket handlar det om zinksulfid eller kadmiumsulfid med olika dopämnen som europium, yttrium, ytterbium osv som ger olika lysfärger.

Mer om fosfor
PTOV-filmen om fosfor:
http://www.periodicvideos.com/videos/015.htm
Mer om fosfor på Wikipedia:
http://en.wikipedia.org/wiki/Phosphorus
Fosforescerande ämnen, inte alls fosfor:
http://en.wikipedia.org/wiki/Phosphors#Radioluminescence
Fosfor är ett av de ämnen som kan användas för att skapa snabbare transistorer:
http://techworld.idg.se/2.2524/1.539259/grafen-kan-ge-terahertzfart/sida/3/mobiliteten-ger-snabbheten