žinios

Beveik viskas, su kuo susiduriame šiuolaikiniame pasaulyje, tam tikru mastu priklauso nuo elektronikos. Nuo tada, kai pirmą kartą atradome, kaip naudoti elektros energiją mechaniniam darbui gaminti, sukūrėme didelius ir mažus įrenginius, kad techniškai pagerintume savo gyvenimą. Nuo elektros lempučių iki išmaniųjų telefonų, kiekvienas įrenginys kurį sudaro tik keli paprasti komponentai, sujungti įvairiomis konfigūracijomis. Tiesą sakant, daugiau nei šimtmetį mes pasitikėjome:
Mūsų šiuolaikinė elektronikos revoliucija remiasi šiais keturių tipų komponentais, o vėliau – tranzistoriais, kurie mums suteikia beveik viską, ką naudojame šiandien. Lenktydamiesi dėl elektroninių prietaisų miniatiūravimo, stebime vis daugiau savo gyvenimo ir realybės aspektų, perduodame daugiau duomenų mažiau energijos ir prijungę įrenginius vienas prie kito, greitai susiduriame su šiomis klasikinėmis ribomis.Technologija.Tačiau 2000-ųjų pradžioje visi penki pažangos pasiekimai pradėjo keisti mūsų šiuolaikinį pasaulį. Štai kaip viskas vyko.
1). sujungtas šešiakampiu kristalų raštu, buvo atsitiktinai izoliuotas laboratorijoje. Praėjus vos šešeriems metams po šio pažangos, jo atradėjai Andrejus Heimas ir Kostja Novoselovas buvo apdovanoti Nobelio fizikos premija. Tai ne tik kiečiausia kada nors pagaminta medžiaga, neįtikėtinai atspari fizinis, cheminis ir terminis įtempis, bet iš tikrųjų tai yra tobula atomų gardelė.
Grafenas taip pat pasižymi įspūdingomis laidumo savybėmis, o tai reiškia, kad jei elektroniniai prietaisai, įskaitant tranzistorius, būtų pagaminti iš grafeno, o ne silicio, jie galėtų būti mažesni ir greitesni nei bet kas šiandien. Jei grafenas sumaišomas su plastiku, jis gali būti paverstas karščiui atspari, tvirtesnė medžiaga, kuri taip pat praleidžia elektrą.Be to, grafenas yra apie 98% skaidrus šviesai, o tai reiškia, kad jis yra revoliucinis permatomuose jutikliniuose ekranuose, šviesą skleidžiančiose plokštėse ir net saulės elementuose.Kaip teigia Nobelio fondas, 11 m. Prieš tai „galbūt esame ant kito elektronikos miniatiūrizavimo slenksčio, dėl kurio kompiuteriai taps efektyvesni ateityje“.
2.) Paviršiaus montuojami rezistoriai. Tai seniausia „naujoji“ technologija ir tikriausiai yra žinoma visiems, kurie išpjaustė kompiuterį ar mobilųjį telefoną. Paviršiaus montavimo rezistorius yra mažas stačiakampis objektas, dažniausiai pagamintas iš keramikos, su laidžiomis briaunomis abiejuose Keramikos, kuri priešinasi srovės srautui, neišsklaido daug energijos ar šilumos, kūrimas leido sukurti rezistorius, pranašesnius už senesnius tradicinius prieš tai naudotus rezistorius: ašinius švino rezistorius.
Dėl šių savybių jis idealiai tinka naudoti šiuolaikinėje elektronikoje, ypač mažos galios ir mobiliuosiuose įrenginiuose. Jei jums reikia rezistoriaus, galite naudoti vieną iš šių SMD (paviršiaus montavimo įrenginių), kad sumažintumėte arba padidintumėte rezistorių dydį. galia, kurią galite jiems pritaikyti neviršydami tų pačių dydžio apribojimų.
3.) Superkondensatoriai. Kondensatoriai yra viena iš seniausių elektroninių technologijų.Jie pagrįsti paprasta sąranka, kai du laidūs paviršiai (plokštės, cilindrai, sferiniai apvalkalai ir kt.) yra atskirti vienas nuo kito nedideliu atstumu, o du paviršiai gali išlaikyti vienodus ir priešingus įkrovimus.Kai bandote praleisti srovę per kondensatorių, jis įkrauna, o kai išjungiate srovę arba sujungiate dvi plokštes, kondensatorius išsikrauna.Kondensatoriai turi platų pritaikymo spektrą, įskaitant energijos kaupimą, greitas išleidžiamos energijos pliūpsnis ir pjezoelektrinė elektronika, kai prietaiso slėgio pokyčiai generuoja elektrinius signalus.
Žinoma, labai, labai mažu masteliu padaryti kelias plokštes, atskirtas mažais atstumais, yra ne tik sudėtinga, bet ir iš esmės ribota. Naujausi medžiagų pažanga, ypač kalcio vario titanatas (CCTO), gali saugoti didelius krūvio kiekius mažose erdvėse: superkondensatoriuose. Šiuos miniatiūrinius įrenginius galima kelis kartus įkrauti ir iškrauti, kol jie susidėvės;greičiau įkrauti ir iškrauti;ir kaupia 100 kartų daugiau energijos tūrio vienetui senesniems kondensatoriams.Jie yra žaidimą keičianti technologija, kai reikia sumažinti elektroniką.
4.) Superinduktoriai. Kaip paskutinis iš „didžiojo trejeto“, superinduktorius yra naujausias žaidėjas, pasirodęs iki 2018 m. Induktyvumo ritė iš esmės yra ritė, kurios srovė naudojama su įmagnetinama šerdimi. laukas, o tai reiškia, kad jei bandote leisti srovei tekėti per jį, jis kurį laiką priešinasi, tada leidžia laisvai tekėti srovei ir galiausiai vėl atsispiria pokyčiams, kai išjungiate srovę. Kartu su rezistoriais ir kondensatoriais jie yra trys pagrindiniai visų grandinių elementai. Bet vėlgi, yra riba, kiek jos gali būti mažos.
Problema ta, kad induktyvumo vertė priklauso nuo induktoriaus paviršiaus ploto, kuris miniatiūrizavimo požiūriu yra svajonių žudikas. Tačiau be klasikinio magnetinio induktyvumo, yra ir kinetinės energijos induktyvumo sąvoka: inercija pačios srovę nešančios dalelės neleidžia keisti jų judėjimo. Kaip skruzdėlės linijoje turi „kalbėtis“ viena su kita, kad pakeistų savo greitį, šios srovę nešančios dalelės, kaip ir elektronai, turi veikti viena kitą, kad pagreitintų. arba sulėtinti.Šis pasipriešinimas pokyčiams sukuria judėjimo pojūtį.Vadovaujant Kaustavo Banerjee nanoelektronikos tyrimų laboratorijai, dabar buvo sukurtas kinetinės energijos induktorius naudojant grafeno technologiją: didžiausia kada nors užfiksuota induktyvumo tankio medžiaga.
5.) Įdėkite grafeną į bet kurį įrenginį.Dabar įvertinkime.Turime grafeno.Turime „super“ rezistorių, kondensatorių ir induktorių versijas – miniatiūrines, tvirtas, patikimas ir efektyvias.Paskutinė kliūtis itin miniatiūrinėje elektronikos revoliucijoje , bent jau teoriškai, yra galimybė bet kurį įrenginį (pagamintą iš beveik bet kokios medžiagos) paversti elektroniniu įrenginiu. Kad tai būtų įmanoma, mums tereikia galimybės įterpti grafeno pagrindu pagamintą elektroniką į bet kokio tipo medžiagą, kurios norime, įskaitant lanksčias medžiagas.Grafenas pasižymi geru sklandumu, lankstumu, stiprumu ir laidumu, nors yra nekenksmingas žmonėms, todėl jis idealiai tinka šiam tikslui.
Per pastaruosius kelerius metus grafenas ir grafeno prietaisai buvo gaminami tokiu būdu, kuris buvo pasiektas tik per keletą procesų, kurie patys yra gana griežti. Galite oksiduoti paprastą seną grafitą, ištirpinti jį vandenyje ir pagaminti grafeną naudojant cheminius garus. nusodinimas.Tačiau yra tik keli substratai, ant kurių tokiu būdu galima nusodinti grafeną.Grafeno oksidą galite redukuoti chemiškai, bet jei tai padarysite, gausite prastos kokybės grafeną.Grafeną taip pat galite gaminti mechaniniu šveitimu , tačiau tai neleidžia jums kontroliuoti gaminamo grafeno dydžio ar storio.
Čia atsiranda lazeriu graviruoto grafeno pažanga. Yra du pagrindiniai būdai, kaip tai pasiekti. Vienas iš jų – pradėti nuo grafeno oksido. Taip pat, kaip ir anksčiau: paimate grafitą ir oksiduojate, bet užuot chemiškai redukuojate, sumažinate. su lazeriu. Skirtingai nuo chemiškai redukuoto grafeno oksido, tai yra aukštos kokybės produktas, kurį, be kita ko, galima naudoti superkondensatoriuose, elektroninėse grandinėse ir atminties kortelėse.
Taip pat galite naudoti poliimidą, aukštos temperatūros plastiką ir rašto grafeną tiesiogiai lazeriu. Lazeris nutraukia cheminius ryšius poliimido tinkle, o anglies atomai termiškai persitvarko, sudarydami plonus aukštos kokybės grafeno lakštus. Poliimidas parodė daugybė galimų pritaikymų, nes jei galite ant jo išgraviruoti grafeno grandines, iš esmės bet kokią poliimido formą galite paversti nešiojama elektronika. Tai, pavyzdžiui, keletas, apima:
Tačiau turbūt labiausiai jaudinantis dalykas – atsižvelgiant į naujų lazeriu graviruoto grafeno atradimų atsiradimą, augimą ir paplitimą – šiuo metu įmanoma. Naudodami lazeriu graviruotą grafeną galite rinkti ir kaupti energiją: energiją valdantis prietaisas. .Vienas baisiausių pavyzdžių, kai technologija nesitobulina, yra baterijos.Šiandien mes beveik naudojame sausųjų elementų chemiją elektros energijai kaupti – šimtmečių senumo technologiją.Naujų saugojimo įrenginių, tokių kaip cinko-oro baterijos ir kietojo kūno akumuliatoriai, prototipai buvo sukurti lankstūs elektrocheminiai kondensatoriai.
Naudodami lazeriu graviruotą grafeną galime ne tik pakeisti energijos kaupimo būdą, bet ir sukurti nešiojamus įrenginius, kurie mechaninę energiją paverčia elektra: triboelektrinius nanogeneratorius. Galime sukurti nuostabią organinę fotoelektrą, galinčią pakeisti saulės energiją. taip pat galėtų pagaminti lanksčius biokuro elementus;galimybės yra didžiulės. Energijos rinkimo ir saugojimo ribose revoliucijos vyksta trumpuoju laikotarpiu.
Be to, lazeriu išgraviruotas grafenas turėtų pradėti precedento neturinčių jutiklių erą. Tai apima ir fizinius jutiklius, nes fiziniai pokyčiai (pvz., temperatūra ar deformacija) sukelia elektrinių savybių, tokių kaip varža ir varža (įskaitant talpos ir induktyvumo įtaką) pokyčius. ).Tai taip pat apima prietaisus, kurie nustato dujų savybių ir drėgmės pokyčius, o pritaikius prie žmogaus kūno – fizinius kažkieno gyvybinių požymių pokyčius. Pavyzdžiui, „Star Trek“ įkvėpto trikorterio idėja gali greitai pasenti tiesiog pritvirtinkite gyvybinių požymių stebėjimo pleistrą, kuris akimirksniu įspėja apie bet kokius nerimą keliančius mūsų kūno pokyčius.
Ši mąstymo kryptis taip pat galėtų atverti visiškai naują sritį: biojutikliai, pagrįsti lazeriu išgraviruoto grafeno technologija. Dirbtinė gerklė, pagrįsta lazeriu išgraviruotu grafenu, galėtų padėti stebėti gerklės virpesius, nustatyti signalų skirtumus tarp kosulio, zvimbimo, rėkimo, rijimo ir linkčiojimo. Lazeriu graviruotas grafenas taip pat turi didelį potencialą, jei norite sukurti dirbtinį bioreceptorių, galintį nukreipti konkrečias molekules, suprojektuoti įvairius nešiojamus biojutiklius ar net padėti įgalinti įvairias telemedicinos programas.
Tik 2004 m. buvo sukurtas grafeno lakštų gamybos metodas, bent jau tyčia. Per 17 metų nuo to laiko, eilė lygiagrečių pažangų pagaliau iškėlė galimybę pakeisti žmonių sąveiką su elektronika. Palyginti su visais esamais grafeno pagrindu pagamintų prietaisų gamybos ir gamybos metodais, lazeriu išgraviruotas grafenas leidžia lengvai, masiškai gaminti, aukštos kokybės ir nebrangius grafeno raštus įvairiose srityse, įskaitant odos elektronikos keitimą.
Netolimoje ateityje tikslinga tikėtis pažangos energetikos sektoriuje, įskaitant energijos kontrolę, energijos surinkimą ir energijos kaupimą. Taip pat artimiausiu metu bus pasiekta pažanga jutiklių, įskaitant fizinius jutiklius, dujų jutiklius ir net biojutiklius, srityje. Tikėtina, kad revoliuciją sukels nešiojami įrenginiai, įskaitant diagnostikos telemedicinos prietaisus. Be abejo, išlieka daug iššūkių ir kliūčių. Tačiau norint įveikti šias kliūtis reikia laipsniškų, o ne revoliucinių patobulinimų.Kadangi prijungtų įrenginių ir daiktų interneto vis daugėja, poreikis itin maža elektronika yra didesnė nei bet kada. Dėl naujausių grafeno technologijų pažangos ateitis jau yra daugeliu atžvilgių.