ziņas

Gandrīz viss, ar ko sastopamies mūsdienu pasaulē, zināmā mērā ir atkarīgs no elektronikas. Kopš mēs pirmo reizi atklājām, kā izmantot elektroenerģiju mehāniskā darba ražošanai, esam radījuši lielas un mazas ierīces, lai tehniski uzlabotu mūsu dzīvi. No elektriskām gaismām līdz viedtālruņiem, katrai ierīcei Mūsu izstrādātais sastāvs sastāv tikai no dažiem vienkāršiem komponentiem, kas sašūti kopā dažādās konfigurācijās. Patiesībā jau vairāk nekā gadsimtu mēs esam paļāvušies uz:
Mūsu modernā elektronikas revolūcija balstās uz šiem četru veidu komponentiem, kā arī vēlāk – tranzistoriem, lai sniegtu mums gandrīz visu, ko lietojam šodien. Sacenšamies miniaturizēt elektroniskās ierīces, pārraudzīt arvien vairāk mūsu dzīves un realitātes aspektu, pārsūtīt vairāk datu, izmantojot mazāk enerģijas un savienojot savas ierīces viena ar otru, mēs ātri saskaramies ar šīm klasiskajām robežām.Tehnoloģija.Taču 2000. gadu sākumā tika apvienoti pieci sasniegumi, un tie ir sākuši pārveidot mūsu mūsdienu pasauli.Lūk, kā tas viss notika.
1.) Grafēna izstrāde.No visiem dabā atrodamajiem vai laboratorijā radītajiem materiāliem dimants vairs nav cietākais materiāls.Ir seši cietāki, no kuriem cietākais ir grafēns.2004.gadā grafēns, atoma bieza oglekļa loksne. saslēgts kopā sešstūra kristāla rakstā, nejauši izolēts laboratorijā.Tikai sešus gadus pēc šī progresa tā atklājējiem Andrejam Heimam un Kostjai Novoselovam tika piešķirta Nobela prēmija fizikā. Tas ir ne tikai cietākais materiāls, kas jebkad izgatavots, un tas ir neticami izturīgs pret fiziskais, ķīmiskais un termiskais stress, bet patiesībā tas ir ideāls atomu režģis.
Grafēnam piemīt arī aizraujošas vadītspējas īpašības, kas nozīmē, ka, ja elektroniskās ierīces, tostarp tranzistorus, varētu izgatavot no grafēna, nevis silīcija, tās varētu būt mazākas un ātrākas nekā jebkas, kas mums ir šodien. Ja grafēnu sajauc plastmasā, to var pārvērst karstumizturīgs, izturīgāks materiāls, kas arī vada elektrību.Turklāt grafēns ir aptuveni 98% caurspīdīgs gaismai, kas nozīmē, ka tas ir revolucionārs caurspīdīgiem skārienekrāniem, gaismu izstarojošiem paneļiem un pat saules baterijām.Kā Nobela fonds teica 11 gadus Pirms tam, "iespējams, mēs esam uz kārtējās elektronikas miniaturizācijas robežas, kas nākotnē novedīs pie tā, ka datori kļūs efektīvāki."
2.) Virsmas montāžas rezistori. Šī ir vecākā “jaunā” tehnoloģija, un tā, iespējams, ir pazīstama ikvienam, kurš ir izgriezis datoru vai mobilo tālruni. Virsmas montāžas rezistori ir niecīgs taisnstūrveida priekšmets, kas parasti ir izgatavots no keramikas un ar vadošām malām abās pusēs. beidzas. Keramikas izstrāde, kas pretojas strāvas plūsmai, neizkliedējot lielu jaudu vai siltumu, ir ļāvusi izveidot rezistorus, kas ir pārāki par senāk izmantotajiem tradicionālajiem rezistoriem: aksiālajiem svina rezistoriem.
Šīs īpašības padara to ideāli piemērotu lietošanai mūsdienu elektronikā, īpaši mazjaudas un mobilajās ierīcēs. Ja jums ir nepieciešams rezistors, varat izmantot kādu no šiem SMD (virsmas montāžas ierīcēm), lai samazinātu nepieciešamo rezistoru izmēru vai palielinātu to. jauda, ​​ko varat tiem piemērot, ievērojot tādus pašus lieluma ierobežojumus.
3.) Superkondensatori. Kondensatori ir viena no vecākajām elektroniskajām tehnoloģijām. To pamatā ir vienkāršs uzstādījums, kurā divas vadošas virsmas (plāksnes, cilindri, sfēriskie apvalki utt.) ir atdalītas viena no otras ar nelielu attālumu, un abas virsmas spēj uzturēt vienādus un pretējus lādiņus.Kad jūs mēģināt izlaist strāvu caur kondensatoru, tas uzlādējas un, kad jūs izslēdzat strāvu vai savienojat abas plāksnes, kondensators izlādējas.Kondensatoriem ir plašs pielietojuma klāsts, tostarp enerģijas uzkrāšana, straujš atbrīvotās enerģijas uzliesmojums un pjezoelektriskā elektronika, kur ierīces spiediena izmaiņas rada elektriskus signālus.
Protams, ļoti, ļoti mazā mērogā izgatavot vairākas plāksnes, kas atdalītas ar nelieliem attālumiem, ir ne tikai izaicinājums, bet arī principiāli ierobežots. Jaunākie sasniegumi materiālos, jo īpaši kalcija vara titanāts (CCTO), var uzglabāt lielu daudzumu lādiņu nelielās telpās: superkondensatoros. Šīs miniatūrās ierīces var uzlādēt un izlādēt vairākas reizes, pirms tās nolietojas; ātrāk uzlādēt un izlādēt; un uzglabā 100 reižu vairāk enerģijas uz vienu tilpuma vienību, kas ir vecāka gadagājuma kondensatori. Tās ir tehnoloģija, kas maina spēli, kad runa ir par elektronikas miniaturizāciju.
4.) Superinduktors. Kā pēdējais no "lielā trijnieka" superinduktors ir jaunākais spēlētājs, kas iznāks līdz 2018. gadam. Induktors būtībā ir spole ar strāvu, ko izmanto ar magnetizējamu serdi. Induktori iebilst pret izmaiņām to iekšējā magnētiskajā. lauks, kas nozīmē, ka, ja jūs mēģināt ļaut strāvai plūst caur to, tas kādu laiku pretojas, pēc tam ļauj strāvai brīvi plūst caur to un visbeidzot atkal pretojas izmaiņām, kad izslēdzat strāvu. Līdztekus rezistoriem un kondensatoriem tie ir trīs visu ķēžu pamatelementi. Bet atkal ir ierobežojums, cik mazas tās var iegūt.
Problēma ir tāda, ka induktivitātes vērtība ir atkarīga no induktora virsmas laukuma, kas ir sapņu slepkava miniaturizācijas ziņā. Bet papildus klasiskajai magnētiskajai induktivitātei ir arī kinētiskās enerģijas induktivitātes jēdziens: inerce strāvu nesošās daļiņas pašas novērš izmaiņas to kustībā. Tāpat kā skudrām rindā ir “jāsarunājas” vienai ar otru, lai mainītu ātrumu, šīm strāvu nesošajām daļiņām, tāpat kā elektroniem, ir jāpieliek spēks vienai uz otru, lai paātrinātu. vai palēnināt.Šī pretestība pārmaiņām rada kustības sajūtu.Kaustava Banerjē Nanoelektronikas pētniecības laboratorijas vadībā tagad ir izstrādāts kinētiskās enerģijas induktors, izmantojot grafēna tehnoloģiju: augstākais induktivitātes blīvuma materiāls, kāds jebkad reģistrēts.
5.) Ievietojiet grafēnu jebkurā ierīcē.Tagad veiksim novērtējumu.Mums ir grafēns.Mums ir “super” rezistoru, kondensatoru un induktoru versijas — miniaturizētas, izturīgas, uzticamas un efektīvas.Pēdējais šķērslis ultraminiaturizācijas revolūcijā elektronikā , vismaz teorētiski, ir iespēja jebkuru ierīci (izgatavota no gandrīz jebkura materiāla) pārvērst elektroniskā ierīcē. Lai tas būtu iespējams, mums ir tikai jāspēj iegult uz grafēna balstītu elektroniku jebkura veida materiālā, kādu mēs vēlamies, tostarp elastīgi materiāli.Fakts, ka grafēnam ir laba plūstamība, elastība, izturība un vadītspēja, lai gan tas ir nekaitīgs cilvēkiem, padara to par ideālu šim nolūkam.
Dažu pēdējo gadu laikā grafēns un grafēna ierīces ir izgatavotas tādā veidā, kas ir panākts tikai ar dažiem procesiem, kas paši ir diezgan stingri. Jūs varat oksidēt vienkāršu veco grafītu, izšķīdināt to ūdenī un izgatavot grafēnu ar ķīmiskiem tvaikiem. nogulsnēšanās.Tomēr ir tikai daži substrāti, uz kuriem šādā veidā var nogulsnēt grafēnu.Grafēna oksīdu var ķīmiski reducēt, bet, ja to darīsit, jūs iegūsit sliktas kvalitātes grafēnu.Grafēnu var ražot arī ar mehānisku pīlingu palīdzību. , taču tas neļauj kontrolēt ražotā grafēna izmēru vai biezumu.
Lāzergravētā grafēna sasniegumi šeit parādās. Ir divi galvenie veidi, kā to panākt. Viens ir sākt ar grafēna oksīdu. Tas pats, kas iepriekš: jūs ņemat grafītu un oksidējat to, bet tā vietā, lai to ķīmiski reducētu, jūs to reducējat. ar lāzeru.Atšķirībā no ķīmiski reducētā grafēna oksīda, tas ir augstas kvalitātes produkts, ko cita starpā var izmantot superkondensatoros, elektroniskajās shēmās un atmiņas kartēs.
Varat arī izmantot poliimīdu, augstas temperatūras plastmasu un rakstveida grafēnu tieši ar lāzeru. Lāzers sarauj ķīmiskās saites poliimīda tīklā, un oglekļa atomi termiski pārkārtojas, veidojot plānas, augstas kvalitātes grafēna loksnes. Poliimīds ir parādījis daudz potenciālo pielietojumu, jo, ja varat iegravēt uz tā grafēna shēmas, būtībā jebkuras formas poliimīdu varat pārvērst par valkājamu elektroniku. Tie ietver dažus no tiem:
Taču, iespējams, pats aizraujošākais — ņemot vērā ar lāzeru gravēta grafēna jaunu atklājumu rašanos, pieaugumu un visuresamību — šobrīd ir iespējams. Ar lāzergravētu grafēnu jūs varat novākt un uzglabāt enerģiju: enerģiju kontrolējoša ierīce. .Viens no spilgtākajiem tehnoloģiju neveiksmes piemēriem ir baterijas.Mūsdienās mēs gandrīz izmantojam sauso elementu ķīmiju, lai uzglabātu elektrisko enerģiju, kas ir gadsimtiem veca tehnoloģija.Jaunu uzglabāšanas ierīču prototipi, piemēram, cinka-gaisa baterijas un cietvielu baterijas ir izveidoti elastīgi elektroķīmiskie kondensatori.
Izmantojot lāzergravētu grafēnu, mēs varam ne tikai mainīt veidu, kā mēs uzglabājam enerģiju, bet arī varam izveidot valkājamas ierīces, kas pārvērš mehānisko enerģiju elektroenerģijā: triboelektriskos nanoģeneratorus. Mēs varam radīt ievērojamus organiskos fotoelementus, kam ir potenciāls revolucionizēt saules enerģiju. varētu izgatavot arī elastīgas biodegvielas šūnas; iespējas ir milzīgas. Enerģijas savākšanas un uzglabāšanas robežās revolūcijas notiek īstermiņā.
Turklāt ar lāzeru iegravētam grafēnam vajadzētu uzsākt vēl nebijušu sensoru laikmetu. Tas ietver fiziskos sensorus, jo fiziskas izmaiņas (piemēram, temperatūra vai deformācija) izraisa izmaiņas elektriskajās īpašībās, piemēram, pretestībā un pretestībā (kas ietver arī kapacitātes un induktivitātes ieguldījumu ).Tā ietver arī ierīces, kas nosaka gāzes īpašību un mitruma izmaiņas, un, pielietojot to uz cilvēka ķermeni, fiziskas izmaiņas kāda cilvēka dzīvībai svarīgās pazīmēs. Piemēram, ideja par Star Trek iedvesmotu trikorderu var ātri novecot, jo vienkārši piestiprinot dzīvības pazīmju uzraudzības plāksteri, kas acumirklī brīdina mūs par jebkādām satraucošām izmaiņām mūsu ķermenī.
Šis domāšanas virziens varētu arī pavērt pilnīgi jaunu jomu: biosensori, kuru pamatā ir lāzergravēta grafēna tehnoloģija. Mākslīgais kakls, kura pamatā ir lāzergravēts grafēns, varētu palīdzēt uzraudzīt rīkles vibrācijas, identificējot signālu atšķirības starp klepu, zumšanu, kliedzienu, rīšanu un galvas mājienu. kustības.Lāzergravētam grafēnam ir arī liels potenciāls, ja vēlaties izveidot mākslīgu bioreceptoru, kas var mērķēt uz konkrētām molekulām, izstrādāt dažādus valkājamus biosensorus vai pat palīdzēt iespējot dažādas telemedicīnas lietojumprogrammas.
Tikai 2004. gadā, vismaz tīši, tika izstrādāta grafēna lokšņu ražošanas metode. Kopš 17 gadu laikā virkne paralēlu sasniegumu beidzot ir izvirzījusi priekšplānā iespēju mainīt veidu, kā cilvēki mijiedarbojas ar elektroniku. Salīdzinot ar visām esošajām grafēna ierīču ražošanas un izgatavošanas metodēm, lāzergravēts grafēns nodrošina vienkāršus, masveidā ražotus, augstas kvalitātes un lētus grafēna modeļus dažādos lietojumos, tostarp ādas elektronikas maiņās.
Tuvākajā nākotnē ir pamatoti sagaidīt sasniegumus enerģētikas sektorā, tostarp enerģijas kontrolē, enerģijas ieguvē un enerģijas uzglabāšanā. Tuvākajā laikā ir arī uzlabojumi sensoru, tostarp fizisko sensoru, gāzes sensoru un pat biosensoru jomā.Lielākie revolūcija, visticamāk, nāks no valkājamām ierīcēm, tostarp ierīcēm diagnostikas telemedicīnas lietojumiem.Protams, joprojām ir daudz izaicinājumu un šķēršļu.Taču šiem šķēršļiem ir vajadzīgi pakāpeniski, nevis revolucionāri uzlabojumi.Pievienotajām ierīcēm un lietu internetam turpina pieaugt, nepieciešamība pēc īpaši maza elektronika ir lielāka nekā jebkad agrāk. Pateicoties jaunākajiem grafēna tehnoloģiju sasniegumiem, nākotne daudzos veidos jau ir klāt.