● 看电视
吃完晚饭并收拾好厨房后,你坐在客厅的沙发上看电视。你对电视节目缺乏兴致,因为你只是偶尔看看新闻、自然和科学纪录片以及电影。你一直都认为电视是一个非常棒的传媒工具,具有巨大的文化潜力(在过去的意大利,它有着重要的教育作用)。但一段时间以来,电视节目内容的平均质量屡创新低。不过,撇开节目内容,电视机本身可以称得上技术瑰宝,其背后是几个世纪以来积累的科学知识,当然其中也不能缺少化学。
几年前,几乎所有电视的显示器使用的都是阴极射线管(cathode-raytube, CRT)。阴极射线管最早由英国物理学家、化学家威廉·克鲁克斯于1870年左右研制。克鲁克斯借助这种装置揭示了所谓的阴极射线(cathoderay)。19世纪末,英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆森发现,阴极射线由带有负电荷的微观粒子束组成,这些粒子被称为电子。原子的外部就是由电子构成的,因此所有的化学反应都伴随着电子的转移(见第一章第2节拓展:化学键)。对化学家来说,电子就像神一样,没有电子就不会有化学!
1897年,德国物理学家卡尔·费迪南·布劳恩(KarlFerdinandBraun, 1850—1918)使用克鲁克斯管(阴极射线管)制作了第一台阴极射线管示波器(cathoderayoscillograph),这是一种能够在屏幕上显示电信号的仪器。1907年,俄罗斯科学家、发明家鲍里斯·罗辛(BorisRosing, 1869—1933)做了一个实验,他成功地在用阴极射线管制成的屏幕上显示出了几何图形——这就是电视机的雏形。
阴极射线管屏幕上的图像由阴极的电子束产生,电子束会被适当的电极加速,并由源自电视电路的电磁场“驱动”。屏幕内部由荧光粉覆盖。荧光粉是磷光材料,当它们被电子束击中时会发光。电子束的能量将荧光材料的最外层电子激发到更高的能级,当这些电子返回到它们原来的能级时,它们会以光的形式释放出多余的能量。最常用的荧光材料之一是硫化锌(ZnS),除了它,我们也会使用锌、镉、锰、铝、硅和一些稀有金属(稀土)的氧化物、硫化物、硒化物、卤化物或硅酸盐。但是,为了能够发挥其效果,这些材料中必须加入少量的磷光活化剂(Phosphorescenceactivator)。磷光材料是一类半导体(见第一章第1节),活化剂的存在会在禁带内产生新的能级,这是触发磷光现象的必要条件。对于硫化锌荧光材料,广泛使用的活化剂是铜和银。
彩色电视使用了能够发出红、绿、蓝3种不同颜色的荧光粉,还都具有聚焦系统的3个阴极。每个阴极产生一个电子束,而每个电子束又只能激发3种颜色中的1种荧光粉。阴极射线管的电子束会产生少量的X射线,所以电视机的屏幕是由铅玻璃制成的,它可以吸收X射线。
目前,用阴极射线管制成的电视几乎完全被平板电视取代。平板电视的实现通常会使用到各种类型的技术,如[可能带有LED(发光二极管)背光的]液晶显示(LCD)、等离子显示(PDP)和有机电致发光显示(OLED)。
关于LCD和LED,我们已经在第一章第1节中的闹钟部分讲到过。当然,彩色电视的屏幕技术比闹钟的显示屏技术更为复杂,但它们的工作原理基本上是一样的。