The incredible chemistry powering your smartphone | Cathy Mulzer

Translator: Ivana Korom Reviewer: Joanna Pietrulewicz

Übersetzung: Ninja Katja Horr Lektorat: Sonja Maria Neef

When I waltzed off to high school with my new Nokia phone,

Als ich mit meinem neuen Nokia in die Schule tänzelte,

I thought I just had the new, coolest replacement

dachte ich, ich habe den besten neuen Ersatz

for my old pink princess walkie-talkie.

für meinen alten rosanen Prinzesinnen Walkie-Talkie.

Except now, my friends and I could text or talk to each other

Jetzt konnte ich mit meinen Freunden schreiben und reden,

wherever we were,

egal wo wir sind,

instead of pretending,

anstatt nur so zu tun,

when we were running around each other's backyards.

während wir durch unsere Hinterhöfe rennen.

Now, I'll be honest.

Ich will nicht lügen.

Back then, I didn't think a lot about how these devices were made.

Damals habe ich nicht viel darüber nachgedacht,

wie diese Geräte gemacht werden.

They tended to show up on Christmas morning,

Sie tauchten oft am Weihnachtsmorgen auf,

so maybe they were made by the elves in Santa's workshop.

also vielleicht haben sie die Weihnachtselfen

in der Nikolauswerkstatt gemacht.

Let me ask you a question.

Ich möchte Ihnen eine Frage stellen.

Who do you think the real elves that make these devices are?

Wer, glauben Sie, sind die wahren Elfen,

die diese Geräte machen?

If I ask a lot of the people I know,

Die meisten Leute, die ich kenne,

they would say it's the hoodie-wearing software engineers in Silicon Valley,

denken an Computeringenieure in Sillicon Valley,

die im Kaputzenpulli vor sich hin coden.

hacking away at code.

But a lot has to happen to these devices

Aber viel muss mit diesen Geräten passieren,

before they're ready for any kind of code.

bevor sie bereit für jegliche Art von Code sind.

These devices start at the atomic level.

Diese Geräte beginnen auf der atomaren Ebene.

So if you ask me,

Wenn Sie mich fragen,

the real elves are the chemists.

die wahren Elfen sind die Chemiker.

That's right, I said the chemists.

Ja, ich habe Chemiker gesagt.

Chemistry is the hero of electronic communications.

Chemie ist die Heldin elektronischer Kommunikation.

And my goal today is to convince you

Und mein Ziel heute ist, Sie zu überzeugen,

to agree with me.

mir hierin zuzustimmen.

OK, let's start simple,

Okay, wollen wir einfach anfangen.

and take a look inside these insanely addictive devices.

Werfen wir einen Blick in diese so süchtig machenden Geräte.

Because without chemistry,

Denn ohne Chemie,

what is an information superhighway that we love,

wäre diese Informationsautobahn, die wir so lieben,

would just be a really expensive, shiny paperweight.

nicht anderes als ein überteuerter glänzender Briefbeschwerer.

Chemistry enables all of these layers.

Chemie macht alle diese Schichten erst möglich.

Let's start at the display.

Fangen wir mit dem Display an.

How do you think we get those bright, vivid colors

Woher, glauben Sie, kommen die hellen, lebendingen Farben,

that we love so much?

die wir so lieben?

Well, I'll tell you.

Ich sage es Ihnen.

There's organic polymers embedded within the display,

Durch organische Polymere, die im Display eingebaut sind,

that can take electricity and turn it into the blue, red and green

die Elektrizität in das blau, rot und grün verwandeln können,

that we enjoy in our pictures.

das uns in unseren Bildern Freude macht.

What if we move down to the battery?

Wie sieht es mit der Batterie aus?

Now there's some intense research.

Hierzu wird intensiv geforscht.

How do we take the chemical principles of traditional batteries

Wie nutzen wir die chemischen Grundlagen traditioneller Batterien,

and pair it with new, high surface area electrodes,

und kombinieren sie mit neuen, breitflächigen Elektroden,

so we can pack more charge in a smaller footprint of space,

sodass mehr Ladung in einen kleineren Raum passt,

so that we could power our devices all day long,

damit unsere Geräte den ganzen Tag Strom haben,

while we're taking selfies,

während wir Selfies machen,

without having to recharge our batteries

ohne die Batterien aufladen zu müssen,

or sit tethered to an electrical outlet?

oder an der Steckdose festgekettet zu sein.

What if we go to the adhesives that bind it all together,

Was ist mit den Klebemitteln, die alles zusammenhalten,

so that it could withstand our frequent usage?

sodass es unserer ständigen Nutzung stand hält?

After all, as a millennial,

Schließlich muss ich als Millenial

I have to take my phone out at least 200 times a day to check it,

mindestens 200 mal am Tag, auf mein Mobiltelefon schauen,

and in the process, drop it two to three times.

und lasse es dabei bestimmt zwei bis dreimal fallen.

But what are the real brains of these devices?

Aber was ist das wahre Gehirn dieser Geräte?

What makes them work the way that we love them so much?

Wodurch funktionieren sie so, wie wir sie lieben?

Well that all has to do with electrical components and circuitry

Das liegt alles an elektrischen Komponenten und Schaltkreisen,

that are tethered to a printed circuit board.

die an einer Leiterplatte befestigt sind.

Or maybe you prefer a biological metaphor --

Oder vielleicht bevorzugen Sie eine biologische Metapher,

the motherboard, you might have heard of that.

das Motherboard, das haben Sie vielleicht schon gehört.

Now, the printed circuit board doesn't really get talked about a lot.

Über die Leiterplatten wird nicht viel gesprochen.

And I'll be honest, I don't know why that is.

Um ehrlich zu sein, weiß ich nicht wieso.

Maybe it's because it's the least sexy layer

Es ist wohl die am wenigsten attraktive Schicht,

and it's hidden beneath all of those other sleek-looking layers.

versteckt hinter all den glänzenden Schichten.

But it's time to finally give this Clark Kent layer

Aber es wird Zeit dieser Clark Kent Schicht,

the Superman-worthy praise it deserves.

endlich das Superman-würdige Lob zu geben, das sie verdient.

And so I ask you a question.

Also frage ich Sie:

What do you think a printed circuit board is?

Was glauben Sie ist eine Leiterplatte?

Well, consider a metaphor.

Versuchen Sie es mit dieser Metapher.

Think about the city that you live in.

Denken Sie an die Stadt, in der Sie wohnen.

You have all these points of interest that you want to get to:

Da sind all diese Knotenpunkte, zu denen Sie gelangen möchten:

your home, your work, restaurants,

Ihr Zuhause, Ihre Arbeit, Restaurants,

a couple of Starbucks on every block.

und ein paar Starbucks an jeder Ecke.

And so we build roads that connect them all together.

Also bauen wir Straßen, um sie alle zu verbinden.

That's what a printed circuit board is.

Das sind die Leiterplatten.

Except, instead of having things like restaurants,

Nur, anstelle von Dingen wie Restaurants,

we have transistors on chips,

haben wir Transistoren auf Elektrochips,

capacitors, resistors,

Kondensatoren und Widerstandskörper,

all of these electrical components

alle diese elektronischen Komponenten,

that need to find a way to talk to each other.

die einen Weg finden müssen, miteinander zu sprechen.

And so what are our roads?

Also, was sind unsere Straßen?

Well, we build tiny copper wires.

Nun, wir bauen winzige Kupferdrähte.

So the next question is,

Also ist die nächste Frage:

how do we make these tiny copper wires?

Wie machen wir diese winzigen Kupferdrähte?

They're really small.

Sie sind wirklich winzig.

Could it be that we go to the hardware store,

Können wir einfach in den Baumarkt gehen,

pick up a spool of copper wire,

eine Spule Kupferdraht kaufen,

get some wire cutters, a little clip-clip,

und dazu einen Drahtschneider, ein bisschen schnipp-schnapp,

saw it all up and then, bam -- we have our printed circuit board?

wir schneiden alles zusammen und dann, bam --

schon haben wir unsere Leiterplatte?

Auf keinen Fall.

No way.

These wires are way too small for that.

Die Drähte sind dafür viel zu klein.

And so we have to rely on our friend: chemistry.

Wir müssen uns auf unsere Freundin verlassen: Die Chemie.

Now, the chemical process to make these tiny copper wires

Der chemische Prozess,

der winzige Kupferdrähte ermöglicht, scheint einfach.

is seemingly simple.

We start with a solution

Wir beginnen mit einer Lösung

of positively charged copper spheres.

aus positiv gelandenen Kupferkugeln.

We then add to it an insulating printed circuit board.

Wir geben eine isolierende Leiterplatte hinzu,

And we feed those positively charged spheres

und füttern diesen positiv gelandenen Kugeln,

negatively charged electrons

negativ geladene Elektronen,

by adding formaldehyde to the mix.

indem wir Formaldehyd dazugeben.

So you might remember formaldehyde.

Vielleicht erinnern Sie sich an Formaldehyd.

Really distinct odor,

Es hat einen ganz besonderern Geruch.

used to preserve frogs in biology class.

Es wird im Biologieunterricht genutzt, um Frösche zu konservieren.

Well it turns out it can do a lot more than just that.

Tatsächlich kann es noch viel mehr.

And it's a really key component

Es ist wirklich der Schlüsselkomponent,

to making these tiny copper wires.

um diese winzigen Kupferdrähte zu machen.

You see, the electrons on formaldehyde have a drive.

Sehen Sie, die Elektroden im Formalaldehyd sind unruhig.

They want to jump over to those positively charged copper spheres.

Sie wollen rüber zu den positiv gelandenen Kupferdrähten.

And that's all because of a process known as redox chemistry.

Schuld ist ein Prozess, den wir Redoxchemie nennen.

And when that happens,

Und wenn das passiert,

we can take these positively charged copper spheres

können wir diese postiv geladenen Kupferdrähte

and turn them into bright,

shiny, metallic and conductive copper.

in helles, glänzendes, metallisches und leitendes Kupfer verwandeln.

And once we have conductive copper,

Sobald wir leitendes Kupfer haben,

now we're cooking with gas.

kommen wir der Sache endlich näher!

And we can get all of those electrical components

Nun können wir all die elektrischen Komponenten,

to talk to each other.

miteinander reden lassen.

So thank you once again to chemistry.

Also, noch einmal: Danke, Chemie!

And let's take a thought

Denken wir mal darüber nach,

and think about how far we've come with chemistry.

wie weit wir mit Chemie gekommen sind.

Clearly, in electronic communications,

Natürlich kommt es in elektronischer Kommunikation

size matters.

auf die Größe an.

So let's think about how we can shrink down our devices,

Jetzt überlegen Sie mal, wie klein unsere Geräte geworden sind,

so that we can go from our 1990s Zack Morris cell phone

sodass wir vom 1990ger Zack Morris Mobiltelefon,

to something a little bit more sleek,

zu etwas ein wenig eleganterem kommen,

like the phones of today that can fit in our pockets.

wie den Smartphones von heute, die in unsere Hosentasche passen.

Although, let's be real here:

Obwohl, seien wir ehrlich:

absolutely nothing can fit into ladies' pants pockets,

Überhaupt nichts passt in Frauenhosentaschen,

if you can find a pair of pants that has pockets.

wenn man überhaupt mal eine Hose mit Hosentaschen findet.

(Laughter)

(Gelächter).

And I don't think chemistry can help us with that problem.

Und ich glaube, da kann Chemie auch nicht helfen.

But more important than shrinking the actual device,

Aber noch wichtiger als das Gerät selbst zu verkleinern,

how do we shrink the circuitry inside of it,

wie verkleinern wir die Schaltkreise darin,

and shrink it by 100 times,

und das mehr als um ein 100faches,

so that we can take the circuitry from the micron scale

sodass wir die Schaltkreise von Mikrometer

all the way down to the nanometer scale?

auf Nanometer Maßstab herunterbrechen können.

Because, let's face it,

Denn, seien wir ehrlich,

right now we all want more powerful and faster phones.

wir wollen alle leistungsfähigere und schnellere Handys.

Well, more power and faster requires more circuitry.

Mehr Leistung und Geschwindigkeit,

braucht mehr Schaltkreise.

So how do we do this?

Also, wie machen wir das?

Wir haben ja keinen magischen Elektromagnetenverkleinerungslaser

It's not like we have some magic electromagnetic shrink ray,

like professor Wayne Szalinski used in "Honey, I Shrunk the Kids"

wie der mit dem Prof. Wayne Szalinski

in "Liebling, ich habe die Kinder geschrumpft.",

to shrink his children.

die Kinder schrumpft.

On accident, of course.

Unabsichtlich, natürlich.

Or do we?

Oder doch?

Well, actually, in the field,

Im Feld gibt es tatsächlich

there's a process that's pretty similar to that.

einen Prozess der sehr ähnlich ist.

And it's name is photolithography.

Er nennt sich Photolithographie.

In photolithography, we take electromagnetic radiation,

In Photolithographie nehmen wir elektromagnetische Strahlung,

or what we tend to call light,

auch Licht genannt,

and we use it to shrink down some of that circuitry,

und nutzen es um Schaltkreise zu verkleinern,

so that we could cram more of it into a really small space.

sodass mehr davon weniger Platz braucht.

Now, how does this work?

Wie funktioniert das?

Well, we start with a substrate

Wir beginnen mit einer Basisplatte,

that has a light-sensitive film on it.

mit einem lichtempfindlichen Überzug.

We then cover it with a mask that has a pattern on top of it

Darauf kommt eine Maske mit einem Muster

of fine lines and features

aus feinen Linien und Merkmalen,

that are going to make the phone work the way that we want it to.

durch die das Smartphone funktioniert,

wie wir es möchten.

We then expose a bright light and shine it through this mask,

Wir lassen dann ein helles Licht durch die Maske scheinen.

which creates a shadow of that pattern on the surface.

Das zeichnet das Muster als Schatten auf der Oberfläche ab.

Now, anywhere that the light can get through the mask,

Überall wo das Licht durch die Maske kommt,

it's going to cause a chemical reaction to occur.

löst es eine chemische Reaktion aus.

And that's going to burn the image of that pattern into the substrate.

Das brennt ein Abbild des Musters in die Basisplatte.

So the question you're probably asking is,

Nun fragen Sie sich wahrscheinlich:

how do we go from a burned image

Wie kommen wir von einem eingebrannten Bild,

to clean fine lines and features?

zu sauberen feinen Linien und Merkmalen.

And for that, we have to use a chemical solution

Hierfür benötigen wir eine chemische Lösung,

called the developer.

die sich Entwicklerlösung nennt.

Now the developer is special.

Die Entwicklerlösung ist etwas ganz besonderes.

What it can do is take all of the nonexposed areas

Sie kann alle lichtverdeckten Bereiche nehmen,

and remove them selectively,

sie selektiv entfernen,

leaving behind clean fine lines and features,

und lässt dann nur saubere feine Linien zurück,

and making our miniaturized devices work.

die unsere Miniaturgeräte funktionieren lassen.

So, we've used chemistry now to build up our devices,

Also, wir haben Chemie verwendet um unsere Geräte zu bauen,

and we've used it to shrink down our devices.

und um sie zu verkleinern.

So I've probably convinced you that chemistry is the true hero,

Ich habe Sie wohl überzeugt, dass Chemie hier die wahre Heldin ist

and we could wrap it up there.

und damit könnten wir Schluss machen.

(Applause)

(Applaus)

Hold on, we're not done.

Moment, wir sind noch nicht fertig.

Not so fast.

Nicht so schnell.

Because we're all human.

Denn wir sind ja alle Menschen.

And as a human, I always want more.

Und als Mensch will ich immer noch mehr.

And so now I want to think about how to use chemistry

Also will ich jetzt nachdenken, wie wir Chemie nutzen können,

to extract more out of a device.

um noch mehr aus einem Gerät herauszuholen.

Right now, we're being told that we want something called 5G,

Zur Zeit wird uns gesagt, das wir etwas namens 5G wollen,

or the promised fifth generation of wireless.

die versprochene 5.Generation drahtloser Kommunikation.

Now, you might have heard of 5G

Vielleicht haben Sie von 5G gehört,

in commercials that are starting to appear.

so langsam taucht es in Werbespots auf.

Or maybe some of you even experienced it

Oder vielleicht haben manche es sogar miterlebt,

in the 2018 winter Olympics.

zum Beispiel auf der 2018 Winterolympiade.

What I'm most excited about for 5G

Was ich an 5G am aufregendsten finde,

is that, when I'm late, running out of the house to catch a plane,

wenn ich spät dran bin,

wenn ich aus dem Haus renne, um einen Flug zu kriegen,

I can download movies onto my device in 40 seconds

dann kann ich in 40 Sekunden einen Film auf mein Gerät laden,

as opposed to 40 minutes.

anstelle von 40 MInuten.

But once true 5G is here,

Aber wenn 5G mal so richtig da ist,

it's going to be a lot more than how many movies

wird es noch viel mehr sein als nur,

wie viele Filme ich auf mein Gerät laden kann.

we can put on our device.

So the question is, why is true 5G not here?

Also stellt sich die Frage, warum ist 5G noch nicht richtig da?

And I'll let you in on a little secret.

Da verrate ich Ihnen ein kleines Geheimnis,

It's pretty easy to answer.

die Frage ist ziemlich einfach zu beantworten.

It's just plain hard to do.

5G ist einfach unglaublich schwer zu entwickeln.

You see, if you use those traditional materials and copper

Wenn Sie die traditionellen Materialien und Kupfer benutzen,

to build 5G devices,

um 5G Geräte zu machen,

the signal can't make it to its final destination.

kommt das Signal nicht an seinem Ziel an.

Traditionally, we use really rough insulating layers

Traditionell benutzen wir sehr raue Isolierschichten,

to support copper wires.

um die Kupferdrähte zu stützen.

Think about Velcro fasteners.

Denken Sie an Klettverschlüsse.

It's the roughness of the two pieces that make them stick together.

Es ist die Rauheit der beiden Teile, die sie zusammenhängen lassen.

That's pretty important if you want to have a device

Das ist sehr wichtig für ein Gerät,

that's going to last longer

das länger halten sollte,

als Sie dafür brauchen, es aus dem Karton zu reißen,

than it takes you to rip it out of the box

and start installing all of your apps on it.

und alle Apps darauf zu installieren.

But this roughness causes a problem.

Aber diese Rauheit ist problematisch.

You see, at the high speeds for 5G

Sehen Sie, mit 5G Geschwindigkeit,

the signal has to travel close to that roughness.

muss sich das Signal nahe an dieser Rauheit bewegen.

And it makes it get lost before it reaches its final destination.

Und deshalb geht es verloren, bevor es sein Ziel erreicht.

Think about a mountain range.

Denken Sie an eine Bergkette,

And you have a complex system of roads that goes up and over it,

und ein kompliziertes Straßensystem, das darüber führt,

and you're trying to get to the other side.

und sie versuchen, auf die andere Seite zu kommen.

Don't you agree with me

Stimmen Sie mir zu,

that it would probably take a really long time,

das das wahrscheinlich sehr lange dauern würde,

und Sie sich wahrscheinlich verirren würden,

and you would probably get lost,

if you had to go up and down all of the mountains,

wenn Sie diese ganzen Berge hoch und runter müssten?

as opposed to if you just drilled a flat tunnel

Anstelle dessen, wie wäre es mit einem Tunnel,

that could go straight on through?

der direkt durch die Bergkette geht?

Well it's the same thing in our 5G devices.

Nun, mit 5G Geräten ist es das gleiche.

If we could remove this roughness,

Wenn wir diese Rauheit entfernen könnten,

then we can send the 5G signal

könnten wir 5G Signale direkt senden.

straight on through uninterrupted.

Ununtebrochen.

Sounds pretty good, right?

Klingt gut, oder?

But hold on.

Aber Moment,

habe ich nicht gerade gesagt, wir brauchen die Rauheit,

Didn't I just tell you that we needed that roughness

to keep the device together?

dass unser Gerät stabil bleibt?

Und wenn wir sie entfernen, haben wir das Problem,

And if we remove it, we're in a situation where now the copper

dass das Kupfer nicht mehr an der Basisplatte haftet.

isn't going to stick to that underlying substrate.

Think about building a house of Lego blocks,

Stellen Sie sich vor, Sie bauen ein Legohaus,

with all of the nooks and crannies that latch together,

mit all den Noppen, die zusammenpassen.

as opposed to smooth building blocks.

Im Gegensatz zu glatten Bauklötzen.

Which of the two is going to have more structural integrity

Welche Option wird standfester sein,

when the two-year-old comes ripping through the living room,

wenn ein ein zweijähriges Kind durch Ihr Wohnzimmer stürmt,

trying to play Godzilla and knock everything down?

und beim Gorillaspiel versucht alles umzureißen.

But what if we put glue on those smooth blocks?

Aber was, wenn wir zu diesen glatten Bausteinen Kleber geben?

And that's what the industry is waiting for.

Und darauf wartet die Industrie.

They're waiting for the chemists to design new, smooth surfaces

Sie wartet, dass Chemiker neue glatte Oberflächen entwickeln,

with increased inherent adhesion

an denen die Kupferdrähte verstärkt von alleine festkleben.

for some of those copper wires.

And when we solve this problem,

Wenn wir dieses Problem lösen,

and we will solve the problem,

und wir werden es lösen,

and we'll work with physicists and engineers

und wir arbeiten mit Physikern und Ingenieuren zusammen,

to solve all of the challenges of 5G,

um alle Herausforderungen bezüglich 5G zu lösen,

well then the number of applications is going to skyrocket.

dann wird es unzählige neue Anwendungen geben.

So yeah, we'll have things like self-driving cars,

Also ja, wir werden Dinge wie selbstfahrende Autos haben,

because now our data networks can handle the speeds

denn nun können unsere Datennetzwerke

mit der Geschwindigkeit und Informationsmenge mithalten,

and the amount of information required to make that work.

die dafür benötigt wird.

But let's start to use imagination.

Der Fantasie sind keine Grenzen gesetzt.

I can imagine going into a restaurant with a friend that has a peanut allergy,

Ich stelle mir vor, mit einer Freundin essen zu gehen,

die eine Erdnussalergie hat.

taking out my phone,

Ich nehme mein Handy heraus,

waving it over the food

halte es über das Essen,

and having the food tell us

und das Essen kann uns eine sehr wichtige Frage beantworten:

a really important answer to a question --

deadly or safe to consume?

tötlich oder essbar?

Or maybe our devices will get so good

Oder vielleicht werden unsere Geräte so gut darin,

at processing information about us,

Informationen über uns zu verarbeiten,

that they'll become like our personal trainers.

dass sie wie persönliche Trainer werden,

And they'll know the most efficient way for us to burn calories.

da sie wissen, wie wir am effizientesten Kalorien verbrennen.

I know come November,

Im November gehe ich an diese Schwangerschaftspfunde.

when I'm trying to burn off some of these pregnancy pounds,

I would love a device that could tell me how to do that.

Dann hätte ich gerne ein Gerät, das mir sagt, wie das geht.

I really don't know another way of saying it,

Ich kann es wirklich nicht anders ausdrücken:

except chemistry is just cool.

Chemie ist einfach cool.

And it enables all of these electronic devices.

Und sie macht alle unsere elektronischen Geräte möglich.

So the next time you send a text or take a selfie,

Also nächstes Mal,

wenn Sie eine Nachricht senden oder ein Selfie machen,

denken Sie an die harte Arbeit all dieser Atome,

think about all those atoms that are hard at work

and the innovation that came before them.

und die Innovation, die vor ihnen kam.

Wer weiß,

Who knows,

vielleicht werden einige von Ihnen, die diesen Vortrag hören,

maybe even some of you listening to this talk,

perhaps even on your mobile device,

sich sogar auf Ihrem Handy

will decide that you too want to play sidekick

dazu entscheiden, der Chemie näherzukommen.

to Captain Chemistry,

the true hero of electronic devices.

Denn Sie ist die wahre Heldin elektronischer Geräte.

Thank you for your attention,

Danke für Ihre Aufmerksamkeit,

and thank you chemistry.

und danke Chemie.

(Applause)

(Applaus)