vijesti

Gotovo sve s čime se susrećemo u modernom svijetu u određenoj mjeri se oslanja na elektroniku. Otkako smo prvi put otkrili kako koristiti električnu energiju za stvaranje mehaničkog rada, kreirali smo velike i male uređaje kako bismo tehnički poboljšali naše živote. Od električnih svjetala do pametnih telefona, svaki uređaj koji razvijamo sastoji se od samo nekoliko jednostavnih komponenti spojenih zajedno u različitim konfiguracijama. Zapravo, više od jednog stoljeća oslanjamo se na:
Naša moderna elektronska revolucija se oslanja na ove četiri vrste komponenti, plus – kasnije – tranzistori, kako bi nam doneli gotovo sve što danas koristimo. manje energije i međusobno povezivanje naših uređaja, brzo nailazimo na ova klasična ograničenja. Tehnologija. Ali, početkom 2000-ih, pet napretka se spojilo i počelo je transformirati naš moderni svijet. Evo kako je sve išlo.
1.) Razvoj grafena. Od svih materijala pronađenih u prirodi ili stvorenih u laboratoriji, dijamant više nije najtvrđi materijal. Postoji šest tvrđih, od kojih je najteži grafen. 2004. grafen, sloj ugljika debljine atoma zaključan zajedno u heksagonalni kristalni uzorak, slučajno je izolovan u laboratoriji. Samo šest godina nakon ovog napredovanja, njegovi otkrivači Andrej Hajm i Kostja Novoselov dobili su Nobelovu nagradu za fiziku. Ne samo da je to najtvrđi materijal ikada napravljen, neverovatno otporan na fizički, hemijski i termički stres, ali to je zapravo savršena rešetka atoma.
Grafen također ima fascinantna provodljiva svojstva, što znači da ako se elektronski uređaji, uključujući tranzistori, mogu napraviti od grafena umjesto od silicijuma, potencijalno bi mogli biti manji i brži od bilo čega što danas imamo. Ako se grafen pomiješa u plastiku, može se pretvoriti u otporan na toplinu, jači materijal koji također provodi električnu energiju. Osim toga, grafen je oko 98% transparentan za svjetlost, što znači da je revolucionaran za transparentne ekrane osjetljive na dodir, panele koji emituju svjetlost, pa čak i solarne ćelije. Kako je Nobelova fondacija rekla 11 godina prije, "možda smo na rubu još jedne minijaturizacije elektronike koja će dovesti do toga da kompjuteri u budućnosti postanu efikasniji."
2.) Otpornici za površinsku montažu. Ovo je najstarija "nova" tehnologija i vjerovatno je poznata svakome ko je secirao računar ili mobilni telefon. Otpornik za površinsku montažu je mali pravokutni predmet, obično napravljen od keramike, sa provodljivim rubovima na oba Razvoj keramike, koja se odupire protoku struje bez rasipanja mnogo snage ili toplote, omogućio je stvaranje otpornika koji su superiorniji od starijih tradicionalnih otpornika koji su se ranije koristili: aksijalnih olovnih otpornika.
Ova svojstva ga čine idealnim za upotrebu u modernoj elektronici, posebno male snage i mobilnim uređajima. Ako vam je potreban otpornik, možete koristiti jedan od ovih SMD (uređaja za površinsku montažu) da smanjite veličinu koja vam je potrebna za otpornike ili da povećate moć koju možete primijeniti na njih unutar istih ograničenja veličine.
3.) Superkondenzatori. Kondenzatori su jedna od najstarijih elektronskih tehnologija. Zasnovani su na jednostavnoj postavci u kojoj su dvije vodljive površine (ploče, cilindri, sferne školjke itd.) međusobno razdvojene na malom rastojanju, a dvije površine su u stanju da održavaju jednaka i suprotna naelektrisanja. Kada pokušate da prođete struju kroz kondenzator on se puni, a kada isključite struju ili povežete dve ploče kondenzator se prazni. Kondenzatori imaju širok spektar primena, uključujući skladištenje energije, a brzi nalet oslobođene energije i piezoelektrična elektronika, gdje promjene tlaka uređaja stvaraju električne signale.
Naravno, pravljenje više ploča razdvojenih sićušnim razmacima na vrlo, vrlo maloj skali nije samo izazovno već i fundamentalno ograničeno. Nedavni napredak u materijalima – posebno kalcijum bakar titanat (CCTO) – može pohraniti velike količine naboja u male prostore: superkondenzatore. Ovi minijaturni uređaji mogu se puniti i prazniti više puta prije nego što se istroše; brže se puni i prazni; i pohranjuju 100 puta više energije po jedinici volumena od starijih kondenzatora. Oni su tehnologija koja mijenja igru ​​kada je u pitanju minijaturizacija elektronike.
4.) Super induktori. Kao posljednji od "velike trojke", superinduktor je najnoviji igrač koji je izašao do 2018. Induktor je u osnovi zavojnica sa strujom koja se koristi sa jezgrom koje se magnetizira. Induktori se suprotstavljaju promjenama u svom unutrašnjem magnetskom polje, što znači da ako pokušate pustiti struju da teče kroz njega, ono se opire neko vrijeme, zatim dopušta struji da slobodno teče kroz njega, i konačno se odupire promjenama kada isključite struju. Zajedno s otpornicima i kondenzatorima, oni su tri osnovna elementa svih kola. Ali opet, postoji ograničenje koliko mali mogu biti.
Problem je što vrijednost induktivnosti ovisi o površini induktora, koji je ubica snova u smislu minijaturizacije. Ali pored klasične magnetske induktivnosti, postoji i koncept induktivnosti kinetičke energije: inercija same čestice koje nose struju sprečavaju promjene u njihovom kretanju. Baš kao što mravi u liniji moraju "razgovarati" jedni s drugima da bi promijenili svoju brzinu, ove čestice koje nose struju, poput elektrona, trebaju izvršiti silu jedna na drugu da bi ubrzale ili usporiti.Ovaj otpor promjenama stvara osjećaj kretanja.Pod vodstvom Laboratorije za istraživanje nanoelektronike Kaustava Banerjeea, sada je razvijen induktor kinetičke energije koji koristi tehnologiju grafena: materijal najveće gustine induktivnosti ikada zabilježen.
5.) Stavite grafen u bilo koji uređaj. Sada napravimo zalihe. Imamo grafen. Imamo "super" verzije otpornika, kondenzatora i induktora - minijaturizirani, robusni, pouzdani i efikasni. Posljednja prepreka u revoluciji ultra-minijaturizacije u elektronici , barem u teoriji, je sposobnost pretvaranja bilo kojeg uređaja (napravljenog od gotovo bilo kojeg materijala) u elektronički uređaj. Da bismo to učinili mogućim, sve što nam je potrebno je sposobnost da ugradimo elektroniku zasnovanu na grafenu u bilo koju vrstu materijala koji želimo, uključujući fleksibilne materijale. Činjenica da grafen ima dobru fluidnost, fleksibilnost, snagu i provodljivost, a da je bezopasan za ljude, čini ga idealnim za ovu svrhu.
U posljednjih nekoliko godina, grafen i grafen uređaji su proizvedeni na način koji je postignut samo kroz nekoliko procesa koji su sami po sebi prilično rigorozni. Možete oksidirati običan stari grafit, otopiti ga u vodi i napraviti grafen pomoću kemijske pare taloženje. Međutim, postoji samo nekoliko supstrata na koje se grafen može taložiti na ovaj način. Možete hemijski smanjiti grafen oksid, ali ako to učinite, završit ćete s grafenom lošeg kvaliteta. Grafen možete proizvesti i mehaničkim pilingom , ali to vam ne dozvoljava da kontrolirate veličinu ili debljinu grafena koji proizvodite.
Ovdje dolazi napredak u laserski graviranom grafenu. Postoje dva glavna načina da se to postigne. Jedan je da počnete s grafen oksidom. Isto kao i prije: uzmete grafit i oksidirate ga, ali umjesto da ga kemijski redukujete, vi ga reducirate sa laserom. Za razliku od hemijski redukovanog grafenskog oksida, to je visokokvalitetan proizvod koji se može koristiti u superkondenzatorima, elektronskim kolima i memorijskim karticama, između ostalog.
Također možete koristiti poliimid, visokotemperaturnu plastiku i uzorak grafena direktno laserom. Laser razbija hemijske veze u poliimidnoj mreži, a atomi ugljika se termički reorganiziraju kako bi formirali tanke, visokokvalitetne ploče grafena. Poliimid je pokazao gomilu potencijalnih aplikacija, jer ako možete ugravirati grafenska kola na njemu, u osnovi možete pretvoriti bilo koji oblik poliimida u nosivu elektroniku. To, da spomenemo samo neke, uključuje:
Ali možda najuzbudljivije – s obzirom na pojavu, uspon i sveprisutnost novih otkrića laserski ugraviranog grafena – nalazi se na horizontu onoga što je trenutno moguće. Sa laserski graviranim grafenom možete sakupljati i skladištiti energiju: uređaj za kontrolu energije .Jedan od najneverovatnijih primjera tehnologije koja ne napreduje jesu baterije. Danas gotovo da koristimo kemiju suhih ćelija za pohranjivanje električne energije, vekovima staru tehnologiju. Prototipovi novih uređaja za skladištenje, kao što su cink-vazdušne baterije i solid-state baterije stvoreni su fleksibilni elektrohemijski kondenzatori.
Sa laserski ugraviranim grafenom, ne samo da možemo revolucionirati način na koji pohranjujemo energiju, već možemo stvoriti i nosive uređaje koji pretvaraju mehaničku energiju u električnu: triboelektrične nanogeneratore. Možemo stvoriti izvanredne organske fotonaponske uređaje koji imaju potencijal da revolucioniraju solarnu energiju. takođe može napraviti fleksibilne ćelije za biogorivo; mogućnosti su ogromne. Na granicama prikupljanja i skladištenja energije, sve su revolucije kratkoročne.
Nadalje, laserski ugravirani grafen trebao bi uvesti eru senzora bez presedana. Ovo uključuje fizičke senzore, jer fizičke promjene (kao što su temperatura ili naprezanje) uzrokuju promjene u električnim svojstvima kao što su otpor i impedansa (koje također uključuju doprinose kapacitivnosti i induktivnosti ).Također uključuje uređaje koji otkrivaju promjene u svojstvima plina i vlažnosti i – kada se primjenjuju na ljudsko tijelo – fizičke promjene nečijih vitalnih znakova. Na primjer, ideja o trikorderu inspirisanom Zvjezdanim stazama mogla bi brzo postati zastarjela jednostavno pričvršćivanje flastera za praćenje vitalnih znakova koji nas odmah upozorava na sve zabrinjavajuće promjene u našim tijelima.
Ovakav način razmišljanja bi također mogao otvoriti potpuno novo polje: biosenzore zasnovane na tehnologiji laserski ugraviranog grafena. Vještačko grlo zasnovano na laserski ugraviranom grafenu moglo bi pomoći u praćenju vibracija grla, identifikaciji razlika u signalu između kašlja, zujanja, vrištanja, gutanja i klimanja pokreta. Laserski ugravirani grafen također ima veliki potencijal ako želite stvoriti umjetni bioreceptor koji može ciljati određene molekule, dizajnirati različite nosive biosenzore ili čak pomoći u omogućavanju različitih telemedicinskih aplikacija.
Tek 2004. godine prvi put je razvijena metoda proizvodnje grafenskih ploča, barem namjerno. U 17 godina od tada, niz paralelnih napretka konačno je doveo u prvi plan mogućnost revolucioniranja načina na koji ljudi komuniciraju s elektronikom. U poređenju sa svim postojećim metodama proizvodnje i proizvodnje uređaja zasnovanih na grafenu, laserski ugravirani grafen omogućava jednostavne, masovno produktivne, visokokvalitetne i jeftine uzorke grafena u različitim aplikacijama, uključujući promjenu elektronike kože.
U bliskoj budućnosti, razumno je očekivati ​​napredak u energetskom sektoru, uključujući kontrolu energije, prikupljanje energije i skladištenje energije. Također u bliskoj budućnosti je napredak u senzorima, uključujući fizičke senzore, senzore za plin, pa čak i biosenzore. revolucija će vjerovatno doći od nosivih uređaja, uključujući uređaje za dijagnostičke telemedicinske aplikacije. Da budemo sigurni, ostaju mnogi izazovi i prepreke. Ali ove prepreke zahtijevaju postepena, a ne revolucionarna poboljšanja. Kako povezani uređaji i Internet stvari nastavljaju rasti, potreba za ultra-mala elektronika je veća nego ikad. Sa najnovijim dostignućima u tehnologiji grafena, budućnost je već tu na mnogo načina.