uutiset

Melkein kaikki nykymaailmassa kohtaamamme perustuu jossain määrin elektroniikkaan. Siitä lähtien kun opimme käyttämään sähköä mekaanisen työn tuottamiseen, olemme luoneet suuria ja pieniä laitteita parantaaksemme elämäämme teknisesti. Sähkövaloista älypuhelimiin, jokainen laite Kehitämme koostuu vain muutamasta yksinkertaisesta komponentista, jotka on ommeltu yhteen eri kokoonpanoissa. Itse asiassa olemme yli vuosisadan ajan luottaneet:
Nykyaikainen elektroniikkavallankumouksemme perustuu näihin neljään komponenttityyppiin ja – myöhemmin – transistoreihin, jotka tuovat meille lähes kaiken, mitä nykyään käytämme. Kilpailemme elektronisten laitteiden pienentämisessä, seuraamme yhä useampia elämämme ja todellisuuden puolia ja lähetämme enemmän tietoja vähemmän virtaa ja yhdistämällä laitteemme toisiinsa, törmäämme nopeasti näihin klassikkorajoihin.Teknologia.Mutta 2000-luvun alussa kaikki viisi edistystä tulivat yhteen, ja ne ovat alkaneet muuttaa modernia maailmaamme. Näin kaikki meni.
1). lukittu yhteen kuusikulmainen kidekuvio, eristettiin vahingossa laboratoriossa.Vain kuusi vuotta tämän edistymisen jälkeen sen löytäjät Andrei Heim ja Kostya Novoselov saivat fysiikan Nobelin palkinnon. Se ei ole vain kovin koskaan valmistettu materiaali, vaan uskomattoman kestävä fyysinen, kemiallinen ja lämpörasitus, mutta se on itse asiassa täydellinen atomihila.
Grafeenilla on myös kiehtovia johtavia ominaisuuksia, mikä tarkoittaa, että jos elektroniset laitteet, mukaan lukien transistorit, voitaisiin valmistaa grafeenista piin sijaan, ne voisivat olla pienempiä ja nopeampia kuin mikään, mitä meillä on nykyään. Jos grafeenia sekoitetaan muoviin, se voidaan muuttaa lämmönkestävä, vahvempi materiaali, joka johtaa myös sähköä.Lisäksi grafeeni on noin 98-prosenttisesti valoa läpäisevä, mikä tarkoittaa, että se on vallankumouksellinen läpinäkyvissä kosketusnäytöissä, valoa lähettävissä paneeleissa ja jopa aurinkokennoissa.Kuten Nobel-säätiö ilmaisi 11 vuotta sitten "ehkä olemme uuden elektroniikan miniatyrisoinnin partaalla, mikä johtaa tietokoneiden tehostumiseen tulevaisuudessa."
2.) Pinta-asennusvastukset. Tämä on vanhin "uusi" tekniikka, ja se on luultavasti tuttu jokaiselle, joka on leikannut tietokoneen tai matkapuhelimen. Pinta-asennusvastus on pieni suorakaiteen muotoinen esine, joka on yleensä valmistettu keraamista ja jossa on johtavat reunat molemmissa Keramiikan kehitys, joka vastustaa virran kulkua ilman, että se haihduttaa paljon tehoa tai lämpöä, on mahdollistanut vastusten, jotka ovat parempia kuin aiemmin käytetyt perinteiset vastukset: aksiaaliset lyijyvastukset.
Nämä ominaisuudet tekevät siitä ihanteellisen käytettäväksi nykyaikaisessa elektroniikassa, erityisesti pienitehoisissa ja mobiililaitteissa. Jos tarvitset vastuksen, voit käyttää jotakin näistä SMD:istä (surface mount devices) pienentääksesi tarvitsemasi vastusten kokoa tai suurentaaksesi sitä. teho, jota voit käyttää niihin samojen kokorajoitusten puitteissa.
3.) Superkondensaattorit. Kondensaattorit ovat yksi vanhimmista elektroniikkatekniikoista. Ne perustuvat yksinkertaiseen kokoonpanoon, jossa kaksi johtavaa pintaa (levyt, sylinterit, pallomaiset kuoret jne.) on erotettu toisistaan ​​pienellä etäisyydellä, ja ne kaksi pinnat pystyvät ylläpitämään yhtäläisiä ja vastakkaisia ​​varauksia.Kun yrität viedä virtaa kondensaattorin läpi, se latautuu ja kun katkaiset virran tai yhdistät kaksi levyä, kondensaattori purkautuu.Kondensaattoreilla on laaja valikoima sovelluksia, mukaan lukien energian varastointi, vapautuneen energian nopea purske ja pietsosähköinen elektroniikka, jossa laitteen paineen muutokset synnyttävät sähköisiä signaaleja.
Tietenkin useiden pienten etäisyyksien erottamien levyjen valmistaminen hyvin, hyvin pienessä mittakaavassa ei ole vain haastavaa vaan myös pohjimmiltaan rajallista. Viimeaikaiset materiaalit – erityisesti kalsiumkuparititanaatti (CCTO) – voivat varastoida suuria määriä varausta pieniin tiloihin: superkondensaattoreihin. Nämä pienoislaitteet voidaan ladata ja purkaa useita kertoja ennen kuin ne kuluvat; lataa ja purkaa nopeammin; ja varastoivat 100 kertaa enemmän energiaa tilavuusyksikköä kohti kuin vanhoja kondensaattoreita. Ne ovat pelin muuttava tekniikka elektroniikan pienentämisessä.
4.) Superinduktorit. Viimeisenä "kolmen suuresta" superinduktori on viimeisin pelaaja, joka tulee ulos vuoteen 2018 asti. Induktori on pohjimmiltaan kela, jonka virtaa käytetään magnetoitavan sydämen kanssa. Induktorit vastustavat muutoksia sisäisessä magneettisessa kenttä, mikä tarkoittaa, että jos yrität päästää virran sen läpi, se vastustaa jonkin aikaa, antaa sitten virran kulkea vapaasti sen läpi ja lopulta vastustaa muutoksia uudelleen, kun katkaiset virran. Yhdessä vastusten ja kondensaattoreiden kanssa ne ovat kolme peruselementtiä kaikista piireistä. Mutta jälleen kerran, on raja, kuinka pieneksi ne voivat tulla.
Ongelmana on, että induktanssiarvo riippuu induktorin pinta-alasta, joka on miniatyrisoinnin kannalta unelmien tappaja. Mutta klassisen magneettisen induktanssin lisäksi on olemassa myös kineettisen energian induktanssin käsite: inertia virtaa kuljettavat hiukkaset itse estävät muutoksia niiden liikkeessä. Aivan kuten jonossa olevien muurahaisten on "puhuttava" toisilleen muuttaakseen nopeuttaan, näiden virtaa kuljettavien hiukkasten, kuten elektronien, täytyy kohdistaa voima toisiinsa nopeuttaakseen tai hidastaa. Tämä muutosvastus luo liikkeen tunteen. Kaustav Banerjeen nanoelektroniikan tutkimuslaboratorion johdolla on nyt kehitetty grafeeniteknologiaa käyttävä kineettisen energian induktori: korkein koskaan tallennettu induktanssitiheysmateriaali.
5.) Laita grafeeni mihin tahansa laitteeseen. Tehdään nyt tilannekatsaus.Meillä on grafeenia.Meillä on "super" versioita vastuksista, kondensaattoreista ja induktoreista – pienoiskokoisia, kestäviä, luotettavia ja tehokkaita.Viimeinen este elektroniikan äärimmäisen miniatyrisoinnin vallankumouksessa , ainakin teoriassa, on kyky muuttaa mikä tahansa laite (valmistettu melkein mistä tahansa materiaalista) elektroniseksi laitteeksi. Jotta tämä olisi mahdollista, tarvitsemme vain kyvyn upottaa grafeenipohjaista elektroniikkaa mihin tahansa haluamaasi materiaaliin, mukaan lukien joustavat materiaalit. Grafeenilla on hyvä juoksevuus, joustavuus, lujuus ja johtavuus, vaikka se on vaaraton ihmisille, mikä tekee siitä ihanteellisen tähän tarkoitukseen.
Viime vuosina grafeenia ja grafeenilaitteita on valmistettu tavalla, joka on saavutettu vain muutamilla prosesseilla, jotka ovat itsessään melko tiukkoja. Voit hapettaa tavallisen vanhan grafiitin, liuottaa sen veteen ja valmistaa grafeenia kemiallisen höyryn avulla. saostuminen.On kuitenkin vain muutama substraatti, jolle grafeenia voidaan kerrostaa tällä tavalla.Voit pelkistää grafeenioksidia kemiallisesti, mutta jos teet niin, päädyt huonolaatuiseen grafeeniin.Voit valmistaa grafeenia myös mekaanisella kuorimalla , mutta tämä ei anna sinun hallita tuottamasi grafeenin kokoa tai paksuutta.
Tässä on laserkaiverretun grafeenin edistysaskel. On kaksi päätapaa saavuttaa tämä. Yksi on aloittaa grafeenioksidilla. Sama kuin ennen: otat grafiitin ja hapetat sen, mutta pelkistät sen kemiallisesti sen sijaan, että laserilla. Toisin kuin kemiallisesti pelkistetty grafeenioksidi, se on korkealaatuinen tuote, jota voidaan käyttää muun muassa superkondensaattoreissa, elektronisissa piireissä ja muistikorteissa.
Voit myös käyttää polyimidia, korkean lämpötilan muovia ja kuviografeenia suoraan laserilla. Laser katkaisee kemialliset sidokset polyimidiverkostossa, ja hiiliatomit järjestäytyvät termisesti uudelleen muodostaen ohuita, korkealaatuisia grafeenilevyjä. Polyimidi on osoittanut paljon mahdollisia sovelluksia, sillä jos voit kaivertaa siihen grafeenipiirejä, voit periaatteessa muuttaa minkä tahansa muotoisen polyimidin puettavaksi elektroniikaksi. Näitä ovat muutamia mainitakseni:
Mutta ehkä jännittävin – kun otetaan huomioon laserkaiverretun grafeenin uusien löytöjen syntyminen, nousu ja yleisyys – on tällä hetkellä mahdollista. Laserkaiverretun grafeenin avulla voit kerätä ja varastoida energiaa: energiaa säätelevä laite. .Yksi räikeimmistä esimerkeistä tekniikan epäonnistumisesta on akut. Nykyään käytämme lähes kuivakennokemiaa sähköenergian varastointiin, vuosisatoja vanhaa tekniikkaa. Uusien tallennuslaitteiden prototyyppejä, kuten sinkki-ilma-akut ja solid-state-akut Joustavia sähkökemiallisia kondensaattoreita on luotu.
Laserkaiverretun grafeenin avulla voimme paitsi mullistaa energian varastointitapoja, myös luoda puettavia laitteita, jotka muuttavat mekaanisen energian sähköksi: tribosähköisiä nanogeneraattoreita.Voimme luoda merkittäviä orgaanisia aurinkosähköjä, jotka voivat mullistaa aurinkoenergian. voisi myös valmistaa joustavia biopolttokennoja; mahdollisuudet ovat valtavat. Energian keräämisen ja varastoinnin rajoilla vallankumoukset ovat kaikki lyhyellä aikavälillä.
Lisäksi laserkaiverretun grafeenin pitäisi aloittaa ennennäkemättömien antureiden aikakausi. Tämä sisältää fyysiset anturit, koska fyysiset muutokset (kuten lämpötila tai jännitys) aiheuttavat muutoksia sähköisissä ominaisuuksissa, kuten resistanssissa ja impedanssissa (joihin sisältyy myös kapasitanssin ja induktanssin osuus ).Se sisältää myös laitteita, jotka havaitsevat muutokset kaasun ominaisuuksissa ja kosteudessa sekä – kun niitä kohdistetaan ihmiskehoon – fyysisiä muutoksia jonkun elintoiminnoissa. Esimerkiksi ajatus Star Trek -vaikutteisesta tricorderista voi nopeasti vanhentua yksinkertaisesti kiinnittämällä elintoimintoja tarkkailevan laastarin, joka varoittaa meidät välittömästi kaikista huolestuttavista muutoksista kehossamme.
Tämä ajattelutapa voisi myös avata kokonaan uuden kentän: laserkaiverrettuun grafeeniteknologiaan perustuvat biosensorit. Laserkaiverrettuun grafeeniin perustuva keinokurkku voisi auttaa seuraamaan kurkun värähtelyä ja tunnistamaan signaalierot yskimisen, surinan, huutamisen, nielemisen ja nyökytyksen välillä. liikkeet.Laserkaiverretulla grafeenilla on myös suuri potentiaali, jos haluat luoda keinotekoisen bioreseptorin, joka voi kohdistaa tiettyihin molekyyleihin, suunnitella erilaisia ​​puettavia biosensoreja tai jopa auttaa mahdollistamaan erilaisia ​​telelääketieteen sovelluksia.
Vasta vuonna 2004 kehitettiin menetelmä grafeenilevyjen valmistamiseksi, ainakin tarkoituksellisesti. Sen jälkeen kuluneiden 17 vuoden aikana sarja rinnakkaisia ​​edistysaskeleita on vihdoin tuonut etualalle mahdollisuuden mullistaa ihmisten vuorovaikutus elektroniikan kanssa. Verrattuna kaikkiin olemassa oleviin grafeenipohjaisten laitteiden tuotanto- ja valmistusmenetelmiin, laserkaiverrettu grafeeni mahdollistaa yksinkertaiset, massatuotettavat, korkealaatuiset ja edulliset grafeenikuviot useissa eri sovelluksissa, mukaan lukien ihon elektroniikan muuttaminen.
Lähitulevaisuudessa on kohtuullista odottaa edistystä energia-alalla, mukaan lukien energian ohjaus, energian talteenotto ja energian varastointi.Lähellä aikavälillä edistystä on myös antureissa, mukaan lukien fyysiset anturit, kaasuanturit ja jopa biosensorit. vallankumous tulee todennäköisesti puetettavista laitteista, mukaan lukien diagnostisten telelääketieteen sovellusten laitteet.On varmaa, että monia haasteita ja esteitä on edelleen jäljellä.Mutta nämä esteet vaativat pikemminkin vähitellen kuin vallankumouksellisia parannuksia.Kun yhdistetyt laitteet ja esineiden internet kasvavat jatkuvasti, tarve ultrapieni elektroniikka on suurempi kuin koskaan. Grafeeniteknologian viimeisimpien edistysten ansiosta tulevaisuus on jo täällä monella tapaa.