uudiseid

Peaaegu kõik, mida me tänapäeva maailmas kohtame, tugineb teatud määral elektroonikale. Alates sellest ajast, kui avastasime, kuidas kasutada elektrit mehaaniliste tööde tegemiseks, oleme loonud suuri ja väikeseid seadmeid, mis parandavad meie elu tehniliselt. Elektrivalgustitest nutitelefonideni ja iga seadmeni Meie väljatöötatav koosneb vaid mõnest lihtsast komponendist, mis on kokku õmmeldud erinevates konfiguratsioonides. Tegelikult oleme juba üle sajandi toetunud:
Meie kaasaegne elektroonikarevolutsioon toetub neile neljale komponenditüübile ja hiljem ka transistoridele, mis toovad meieni peaaegu kõik, mida me täna kasutame. Kui püüame elektroonikaseadmeid miniatuurselt muuta, jälgida üha rohkem oma elu ja tegelikkuse aspekte, edastada rohkem andmeid vähem energiat ja ühendada oma seadmed üksteisega, jõuame kiiresti nende klassikaliste piiride üle.Tehnoloogia.Kuid 2000. aastate alguses tulid kokku viis edasiminekut ja need on hakanud meie kaasaegset maailma muutma.See kõik läks järgmiselt.
1). Kuusnurkse kristallmustriga kokku lukustatud, isoleeriti kogemata laboris.Vaid kuus aastat pärast seda edu pälvisid selle avastajad Andrei Heim ja Kostja Novoselov Nobeli füüsikaauhinna. See pole mitte ainult kõige kõvem materjal, mis eales valmistatud, vaid ka uskumatult vastupidav. füüsikaline, keemiline ja termiline stress, kuid tegelikult on see täiuslik aatomite võre.
Grafeenil on ka põnevad juhtivad omadused, mis tähendab, et kui elektroonilisi seadmeid, sealhulgas transistore, saaks valmistada grafeenist, mitte ränist, võiksid need olla väiksemad ja kiiremad kui kõik, mis meil praegu on. Kui grafeeni segada plastiga, saab selle muuta kuumuskindel, tugevam materjal, mis juhib ka elektrit.Lisaks on grafeen umbes 98% ulatuses valgust läbipaistev, mis tähendab, et see on revolutsiooniline läbipaistvate puuteekraanide, valgust kiirgavate paneelide ja isegi päikesepatareide jaoks.Nagu Nobeli Fond ütles 11 aastat tagasi, "võib-olla oleme elektroonika järjekordse miniaturiseerimise äärel, mis toob kaasa arvutite tõhususe tulevikus."
2.) Pindkinnitustakistid. See on vanim "uus" tehnoloogia ja on ilmselt tuttav kõigile, kes on arvutit või mobiiltelefoni lahkanud. Pindkinnitustakisti on väike ristkülikukujuline objekt, mis on tavaliselt valmistatud keraamikast ja millel on juhtivad servad mõlemal. Keraamika areng, mis peab vastu vooluvoolule ilma palju võimsust või soojust hajutamata, on võimaldanud luua takisteid, mis on paremad kui vanemad traditsioonilised takistid, mida varem kasutati: aksiaalsed pliitakistid.
Need omadused muudavad selle ideaalseks kasutamiseks kaasaegses elektroonikas, eriti väikese võimsusega ja mobiilseadmetes. Kui vajate takistit, võite kasutada ühte neist SMD-dest (pindpaigaldusseadmed), et vähendada takistite jaoks vajalikku suurust või suurendada võimsus, mida saate neile samade suurusepiirangute raames rakendada.
3.) Superkondensaatorid. Kondensaatorid on ühed vanimad elektroonikatehnoloogiad. Need põhinevad lihtsal seadistusel, kus kaks juhtivat pinda (plaadid, silindrid, sfäärilised kestad jne) on üksteisest väikese vahemaaga eraldatud ja need kaks pinnad suudavad säilitada võrdseid ja vastandlikke laenguid.Kui proovite kondensaatorist voolu läbi lasta, siis see laeb ja kui lülitate voolu välja või ühendate kaks plaati, siis kondensaator tühjeneb.Kondensaatoritel on lai valik rakendusi, sealhulgas energia salvestamine, vabanenud energia kiire purse ja piesoelektroonika, kus muutused seadme rõhus tekitavad elektrilisi signaale.
Muidugi pole paljude väikeste vahemaadega eraldatud plaatide valmistamine väga-väga väikeses mastaabis mitte ainult keeruline, vaid ka põhimõtteliselt piiratud. Hiljutised edusammud materjalides – eriti kaltsium-vasktitanaat (CCTO) – suudavad salvestada suurtes kogustes laenguid väikestesse ruumidesse: superkondensaatoritesse. Neid miniatuurseid seadmeid saab laadida ja tühjendada mitu korda, enne kui need kuluvad; laadige ja tühjendage kiiremini; ja salvestavad 100 korda rohkem energiat vanemate kondensaatorite mahuühiku kohta. Elektroonika miniatuurseks muutmisel on need mängumuutvad tehnoloogiad.
4.) Superinduktiivpoolid. Viimasena suurest kolmikust on superinduktor viimane mängija, mis tuleb välja kuni 2018. aastani. Induktor on põhimõtteliselt mähis, mille voolu kasutatakse koos magnetiseeritava südamikuga. Induktiivpoolid on vastu oma sisemise magnetilisuse muutustele. välja, mis tähendab, et kui proovite lasta voolul läbi voolata, siis see peab mõnda aega vastupanu, seejärel laseb voolul vabalt läbi voolata ja lõpuks peab voolu väljalülitamisel uuesti vastu muutustele. Koos takistite ja kondensaatoritega on need Kõikide vooluahelate kolm põhielementi. Aga jällegi on piir, kui väikeseks need võivad saada.
Probleem on selles, et induktiivsuse väärtus sõltub induktiivpooli pindalast, mis on miniatuursuse mõttes unistuste tapja. Kuid lisaks klassikalisele magnetinduktiivsusele on olemas ka kineetilise energia induktiivsuse mõiste: inerts voolu kandvad osakesed ise takistavad nende liikumise muutumist. Nii nagu reas olevad sipelgad peavad kiiruse muutmiseks üksteisega "vestlema", peavad need voolu kandvad osakesed, nagu elektronidki, avaldama üksteisele jõudu, et kiirendada. või aeglustada.See vastupanu muutustele loob liikumistunde.Kaustav Banerjee nanoelektroonika uurimislabori juhtimisel on nüüdseks välja töötatud grafeenitehnoloogiat kasutav kineetilise energia induktiivpool: kõrgeima induktiivtihedusega materjal, mis kunagi registreeritud.
5.) Pange grafeen mis tahes seadmesse. Nüüd teeme ülevaate.Meil on grafeen.Meil on takistite, kondensaatorite ja induktiivpoolide "super" versioonid – miniatuursed, vastupidavad, töökindlad ja tõhusad. Viimane takistus elektroonika üliminiaturiseerimise revolutsioonis , vähemalt teoreetiliselt, on võime muuta mis tahes seade (valmistatud peaaegu igast materjalist) elektrooniliseks seadmeks. Selle võimalikuks muutmiseks vajame vaid võimalust manustada grafeenipõhist elektroonikat mis tahes tüüpi materjalidesse, mida me tahame, sealhulgas paindlikud materjalid. Grafeenil on hea voolavus, painduvus, tugevus ja juhtivus, kuigi see on inimestele kahjutu, mistõttu on see selleks otstarbeks ideaalne.
Viimastel aastatel on grafeeni ja grafeeniseadmeid valmistatud viisil, mis on saavutatud vaid käputäie protsessidega, mis on iseenesest üsna ranged. Võite oksüdeerida tavalist vana grafiiti, lahustada seda vees ja valmistada grafeeni keemilise auru abil. ladestamine.Samas on ainult mõned substraadid, millele saab sel viisil grafeeni ladestada.Grafeenoksiidi saate keemiliselt redutseerida, kuid kui seda teete, saate tulemuseks halva kvaliteediga grafeeni.Grafeeni saate toota ka mehaanilise koorimise teel , kuid see ei võimalda teil kontrollida toodetava grafeeni suurust ega paksust.
Siin tulevadki lasergraveeritud grafeeni edusammud. Selle saavutamiseks on kaks peamist viisi. Üks on alustada grafeenoksiidiga. Sama, mis varem: võtate grafiidi ja oksüdeerite selle, kuid keemilise redutseerimise asemel redutseerite seda. laseriga.Erinevalt keemiliselt redutseeritud grafeenoksiidist on tegemist kvaliteetse tootega, mida saab kasutada muu hulgas superkondensaatorites, elektroonikalülitustes ja mälukaartides.
Võite kasutada ka polüimiidi, kõrgtemperatuurset plastikut ja mustriga grafeeni otse laseriga. Laser purustab keemilised sidemed polüimiidivõrgustikus ja süsinikuaatomid organiseeruvad termiliselt ümber, moodustades õhukesi kvaliteetseid grafeenilehti.Polüimiid on näidanud palju potentsiaalseid rakendusi, sest kui saate sellele graveerida grafeeniahelaid, saate põhimõtteliselt muuta mis tahes kujuga polüimiidi kantavaks elektroonikaks. Nende hulka kuuluvad näiteks:
Kuid võib-olla kõige põnevam – võttes arvesse lasergraveeritud grafeeni uute avastuste teket, tõusu ja laialdast levikut – on praegu võimaliku silmapiiril. Lasergraveeritud grafeeniga saate koguda ja salvestada energiat: energiat kontrolliv seade. .Üks julmemaid näiteid tehnoloogia ebaõnnestumisest on akud.Tänapäeval kasutame elektrienergia salvestamiseks peaaegu kuivelementide keemiat, mis on sajandeid vana tehnoloogia.Uute salvestusseadmete prototüübid, nagu tsink-õhkpatareid ja tahkispatareid on loodud paindlikud elektrokeemilised kondensaatorid.
Lasergraveeritud grafeeniga ei saa me muuta mitte ainult energia salvestamise viisi, vaid ka luua kantavaid seadmeid, mis muudavad mehaanilise energia elektriks: triboelektrilised nanogeneraatorid.Saame luua tähelepanuväärseid orgaanilisi fotogalvaanilisi elemente, millel on potentsiaal muuta päikeseenergia revolutsiooniliseks.Me võiks teha ka paindlikke biokütuseelemente; võimalused on tohutud. Energia kogumise ja salvestamise piirimail on revolutsioonid kõik lühiajalised.
Lisaks peaks lasergraveeritud grafeen juhatama sisse enneolematute andurite ajastu. See hõlmab füüsilisi andureid, kuna füüsilised muutused (nt temperatuur või deformatsioon) põhjustavad muutusi elektrilistes omadustes, nagu takistus ja impedants (mis hõlmavad ka mahtuvuse ja induktiivsuse panust). ).See hõlmab ka seadmeid, mis tuvastavad muutusi gaasi omadustes ja niiskuses ning – kui neid rakendatakse inimkehale – ka füüsilisi muutusi kellegi elutähtsates näitajates. Näiteks võib Star Trekist inspireeritud trikorderi idee kiiresti aeguda, kui lihtsalt kinnitage elulisi näitajaid jälgiv plaaster, mis annab meile kohe märku kõigist murettekitavatest muutustest meie kehas.
See mõttekäik võib avada ka täiesti uue valdkonna: lasergraveeritud grafeenitehnoloogial põhinevad biosensorid. Lasergraveeritud grafeenil põhinev kunstlik kurk võib aidata jälgida kurgu vibratsiooni, tuvastades signaalide erinevusi köhimise, surina, karjumise, neelamise ja noogutamise vahel. liigutused.Lasergraveeritud grafeenil on ka suur potentsiaal, kui soovite luua tehisliku bioretseptori, mis suudab sihtida konkreetseid molekule, kujundada erinevaid kantavaid biosensoreid või isegi aidata võimaldada erinevaid telemeditsiini rakendusi.
Alles 2004. aastal töötati esmakordselt välja meetod grafeenilehtede tootmiseks, vähemalt tahtlikult. Sellest 17 aasta jooksul on paralleelsed edusammud lõpuks toonud esiplaanile võimaluse muuta pöördeliselt inimeste ja elektroonikaga suhtlemist. Võrreldes kõigi olemasolevate grafeenipõhiste seadmete tootmis- ja valmistamise meetoditega, võimaldab lasergraveeritud grafeen lihtsaid, masstoodetavaid, kvaliteetseid ja odavaid grafeenimustreid mitmesugustes rakendustes, sealhulgas naha elektroonika muutmisel.
Lähitulevikus on mõistlik oodata edusamme energiasektoris, sealhulgas energia kontrollis, energia kogumises ja energia salvestamises. Lähiajal on edusammud ka andurite, sealhulgas füüsiliste andurite, gaasiandurite ja isegi biosensorite vallas. Suurimad revolutsioon tuleneb tõenäoliselt kantavatest seadmetest, sealhulgas telemeditsiini diagnostikarakenduste seadmetest.Kindlasti on endiselt palju väljakutseid ja takistusi.Kuid need takistused nõuavad pigem järkjärgulisi kui revolutsioonilisi täiustusi.Kui ühendatud seadmed ja asjade internet kasvavad, on vajadus üliväike elektroonika on suurem kui kunagi varem. Grafeenitehnoloogia uusimate edusammudega on tulevik mitmel viisil juba käes.