навіны

Амаль усё, з чым мы сутыкаемся ў сучасным свеце, у пэўнай ступені залежыць ад электронікі. З таго часу, як мы ўпершыню выявілі, як выкарыстоўваць электрычнасць для стварэння механічнай працы, мы стварылі вялікія і малыя прылады, каб тэхнічна палепшыць наша жыццё. Ад электрычных ліхтароў да смартфонаў, кожная прылада мы распрацоўваем складаецца ўсяго з некалькіх простых кампанентаў, сшытых разам у розных канфігурацыях. Фактычна, больш за стагоддзе мы абапіраемся на:
Наша сучасная электронная рэвалюцыя абапіраецца на гэтыя чатыры тыпы кампанентаў, плюс - пазней - транзістары, каб даць нам амаль усё, што мы выкарыстоўваем сёння. Па меры таго, як мы імчымся мініяцюрызаваць электронныя прылады, кантралюем усё больш і больш аспектаў нашага жыцця і рэчаіснасці, перадаем больш дадзеных з менш энергіі і падключэння нашых прылад адна да адной, мы хутка сутыкаемся з гэтымі класічнымі межамі. Тэхналогіі. Але ў пачатку 2000-х пяць дасягненняў аб'ядналіся, і яны пачалі змяняць наш сучасны свет. Вось як усё прайшло.
1.) Распрацоўка графена. З усіх матэрыялаў, знойдзеных у прыродзе або створаных у лабараторыі, алмаз больш не з'яўляецца самым цвёрдым матэрыялам. Ёсць шэсць больш цвёрдых, самым цвёрдым з'яўляецца графен. У 2004 г. графен, ліст вугляроду таўшчынёй з атам замкнёныя разам у шасцікутны крышталічны ўзор, быў выпадкова ізаляваны ў лабараторыі. Усяго праз шэсць гадоў пасля гэтага прагрэсу яго першаадкрывальнікі Андрэй Хайм і Косця Навасёлаў атрымалі Нобелеўскую прэмію па фізіцы. Гэта не толькі самы цвёрды матэрыял, які калі-небудзь вырабляўся, неверагодна ўстойлівы да фізічны, хімічны і тэрмічны стрэс, але на самой справе гэта ідэальная рашотка атамаў.
Графен таксама валодае захапляльнымі праводнымі ўласцівасцямі, што азначае, што калі б электронныя прылады, у тым ліку транзістары, можна было вырабляць з графена замест крэмнію, яны патэнцыйна маглі б быць меншымі і хутчэйшымі за ўсё, што ёсць сёння. Калі графен змяшаць з пластыкам, яго можна ператварыць у тэрмаўстойлівы, больш трывалы матэрыял, які таксама праводзіць электрычнасць. Акрамя таго, графен прыкладна на 98% празрысты для святла, што азначае, што ён з'яўляецца рэвалюцыйным для празрыстых сэнсарных экранаў, святловыпрамяняльных панэляў і нават сонечных элементаў. Як адзначае Нобелеўскі фонд, 11 гадоў таму, "магчыма, мы знаходзімся на парозе яшчэ адной мініяцюрызацыі электронікі, якая прывядзе да таго, што кампутары стануць больш эфектыўнымі ў будучыні".
2.) Рэзістар для павярхоўнага мантажу. Гэта самая старая «новая» тэхналогія, і яна, верагодна, знаёмая кожнаму, хто разбіраў камп'ютар або мабільны тэлефон. Рэзістар для павярхоўнага мантажу - гэта малюсенькі прамавугольны прадмет, звычайна зроблены з керамікі, з правадзячымі бакамі на абодвух ends.Распрацоўка керамікі, якая супрацьстаіць патоку току без рассейвання энергіі або цяпла, дазволіла стварыць рэзістары, якія пераўзыходзяць старыя традыцыйныя рэзістары, якія выкарыстоўваліся раней: восевыя рэзістары.
Гэтыя ўласцівасці робяць яго ідэальным для выкарыстання ў сучаснай электроніцы, асабліва ў маламагутных і мабільных прыладах. Калі вам патрэбен рэзістар, вы можаце выкарыстоўваць адзін з гэтых SMD (прылад для павярхоўнага мантажу), каб паменшыць памер, неабходны для рэзістараў, або павялічыць магутнасць, якую вы можаце прымяніць да іх у межах тых жа памераў.
3.) Суперкандэнсатары. Кандэнсатары з'яўляюцца адной з найстарэйшых электронных тэхналогій. Яны заснаваны на простай устаноўцы, у якой дзве токаправодныя паверхні (пласціны, цыліндры, сферычныя абалонкі і г.д.) аддзеленыя адна ад адной на невялікай адлегласці, і дзве паверхні здольныя падтрымліваць аднолькавыя і процілеглыя зарады. Калі вы спрабуеце прапусціць ток праз кандэнсатар, ён зараджаецца, а калі вы адключаеце ток або злучаеце дзве пласціны, кандэнсатар разраджаецца. Кандэнсатары маюць шырокі спектр прымянення, у тым ліку назапашванне энергіі, хуткі ўсплёск вызваленай энергіі і п'езаэлектрычная электроніка, дзе змены ціску прылады ствараюць электрычныя сігналы.
Вядома, зрабіць некалькі пласцін, падзеленых малюсенькімі адлегласцямі ў вельмі-вельмі малым маштабе, не толькі складана, але і фундаментальна абмежавана. Апошнія дасягненні ў галіне матэрыялаў, асабліва тытаната кальцыя і медзі (CCTO), могуць захоўваць вялікую колькасць зарада ў малюсенькіх прасторах: суперкандэнсатары. Гэтыя мініяцюрныя прылады можна зараджаць і разраджаць некалькі разоў, перш чым яны зношацца; зараджаць і разраджаць хутчэй; і назапашваюць у 100 разоў больш энергіі на адзінку аб'ёму, чым старыя кандэнсатары. Яны з'яўляюцца тэхналогіяй, якая змяняе гульню, калі справа даходзіць да мініяцюрызацыі электронікі.
4.) Суперіндуктары. Як апошні з «вялікай тройкі», суперіндуктар з'яўляецца апошнім гульцом, які выйдзе да 2018 года. Індуктар у асноўным уяўляе сабой шпульку з токам, якая выкарыстоўваецца з намагнічаным стрыжнем. Індуктары супрацьстаяць зменам іх унутранага магнітнага поля гэта азначае, што калі вы паспрабуеце прапусціць праз яго ток, яно некаторы час супраціўляецца, затым дазваляе току свабодна цячы праз сябе і, нарэшце, зноў супраціўляецца зменам, калі вы выключаеце ток. Разам з рэзістарамі і кандэнсатарамі яны з'яўляюцца тры асноўныя элементы ўсіх схем. Але зноў жа, ёсць мяжа таго, наколькі малымі яны могуць быць.
Праблема ў тым, што значэнне індуктыўнасці залежыць ад плошчы паверхні індуктара, які з'яўляецца забойцам мары з пункту гледжання мініяцюрызацыі. Але ў дадатак да класічнай магнітнай індуктыўнасці існуе таксама паняцце індуктыўнасці кінетычнай энергіі: інэрцыя самі часціцы з токам перашкаджаюць зменам у іх руху. Падобна таму, як мурашы ў лініі павінны «размаўляць» адзін з адным, каб змяніць сваю хуткасць, гэтыя часціцы з токам, як электроны, павінны аказваць сілу адзін на аднаго, каб паскорыць або запаволіць. Гэты супраціў зменам стварае адчуванне руху. Пад кіраўніцтвам даследчай лабараторыі нанаэлектронікі Каўстава Банерджы быў распрацаваны індуктар кінетычнай энергіі з выкарыстаннем графенавай тэхналогіі: матэрыял з самай высокай шчыльнасцю індуктыўнасці, калі-небудзь зарэгістраванай.
5.) Змесціце графен у любую прыладу. А цяпер давайце падвядзем вынікі. У нас ёсць графен. У нас ёсць «супер» версіі рэзістараў, кандэнсатараў і індуктараў - мініяцюрныя, трывалыя, надзейныя і эфектыўныя. Апошняя перашкода ў рэвалюцыі звышмініяцюрызацыі ў электроніцы , прынамсі тэарэтычна, - гэта магчымасць ператварыць любую прыладу (зробленую амаль з любога матэрыялу) у электронную прыладу. Каб зрабіць гэта магчымым, усё, што нам трэба, гэта магчымасць убудаваць электроніку на аснове графена ў любы тып матэрыялу, які мы хочам, у тым ліку гнуткія матэрыялы. Той факт, што графен валодае добрай цякучасцю, гнуткасцю, трываласцю і праводнасцю, пры гэтым бясшкодны для чалавека, робіць яго ідэальным для гэтай мэты.
У апошнія некалькі гадоў графен і графенавыя прылады былі выраблены такім чынам, што гэта было дасягнута толькі з дапамогай некалькіх працэсаў, якія самі па сабе з'яўляюцца даволі строгімі. Вы можаце акісліць звычайны стары графіт, растварыць яго ў вадзе і зрабіць графен з дапамогай хімічнай пары адклад. Аднак ёсць толькі некалькі падкладак, на якія графен можа быць асаджаны такім чынам. Вы можаце хімічна аднавіць аксід графена, але калі вы гэта зробіце, вы атрымаеце графен нізкай якасці. Вы таксама можаце вырабляць графен шляхам механічнага адслойвання , але гэта не дазваляе вам кантраляваць памер або таўшчыню графена, які вы вырабляеце.
Вось тут і ўзнікаюць дасягненні ў галіне графена з лазернай гравіроўкай. Ёсць два асноўныя спосабы дасягнуць гэтага. Адзін - пачаць з аксіду графена. Тое ж, што і раней: вы бераце графіт і акісляеце яго, але замест хімічнага аднаўлення вы яго аднаўляеце з лазерам. У адрозненне ад хімічна адноўленага аксіду графена, гэта высакаякасны прадукт, які можна выкарыстоўваць у суперкандэнсатарах, электронных схемах і картах памяці, сярод іншага.
Вы таксама можаце выкарыстоўваць поліімід, высокатэмпературны пластык, і ўзорваць графен непасрэдна з дапамогай лазера. Лазер разрывае хімічныя сувязі ў полііміднай сетцы, і атамы вугляроду тэрмічна рэарганізуюцца, утвараючы тонкія высакаякасныя графенавыя лісты. Поліімід паказаў мноства патэнцыйных прымяненняў, таму што калі вы можаце выгравіраваць на ім графенавыя схемы, вы можаце практычна ператварыць любую форму полііміду ў носную электроніку. Сярод іх, каб назваць некалькі:
Але, магчыма, самае цікавае — улічваючы з’яўленне, рост і паўсюднасць новых адкрыццяў графена з лазернай гравіроўкай — знаходзіцца на гарызонце таго, што цяпер магчыма. З дапамогай графена з лазернай гравіроўкай вы можаце збіраць і захоўваць энергію: прылада для кантролю энергіі .Адзін з самых абуральных прыкладаў няўдачы тэхналогіі - гэта акумулятары. Сёння мы амаль выкарыстоўваем сухія хімічныя элементы для захоўвання электрычнай энергіі, шматвяковую тэхналогію. Прататыпы новых назапашвальнікаў, такіх як цынкава-паветраныя батарэі і цвёрдацельныя створаны гнуткія электрахімічныя кандэнсатары.
З дапамогай графена з лазернай гравіроўкай мы можам не толькі рэвалюцыянізаваць спосаб захоўвання энергіі, але і ствараць носныя прылады, якія пераўтвараюць механічную энергію ў электрычнасць: трыбаэлектрычныя нанагенератары. Мы можам ствараць выдатныя арганічныя фотаэлектрыкі, якія могуць здзейсніць рэвалюцыю ў сонечнай энергіі. Мы можа таксама зрабіць гнуткія біяпаліўныя элементы; магчымасці велізарныя. На мяжы збору і захоўвання энергіі ўсе рэвалюцыі адбываюцца ў кароткатэрміновай перспектыве.
Акрамя таго, графен з лазернай гравіроўкай павінен распачаць эру беспрэцэдэнтных датчыкаў. Гэта ўключае ў сябе фізічныя датчыкі, паколькі фізічныя змены (напрыклад, тэмпература або дэфармацыя) выклікаюць змены электрычных уласцівасцей, такіх як супраціўленне і імпеданс (якія таксама ўключаюць у сябе ўклад ёмістасці і індуктыўнасці ).Ён таксама ўключае ў сябе прылады, якія вызначаюць змены ва ўласцівасцях газу і вільготнасці, а таксама - пры прымяненні да чалавечага цела - фізічныя змены ў чыіх-то жыццёвых паказчыках. Напрыклад, ідэя трыкадэра, натхнёнага "Зорным шляхам", можа хутка састарэць проста прымацоўваючы пластыр для маніторынгу жыццёва важных функцый, які імгненна папярэджвае нас аб любых трывожных зменах у нашым целе.
Гэты напрамак мыслення таксама можа адкрыць зусім новае поле: біясенсары на аснове графена з лазернай гравіроўкай. Штучнае горла на аснове графена з лазернай гравіроўкай можа дапамагчы кантраляваць вібрацыі горла, вызначаючы адрозненні сігналаў паміж кашлем, гудзеннем, крыкам, глытаннем і ківаннем галавы. руху. Графен з лазернай гравіроўкай таксама мае вялікі патэнцыял, калі вы хочаце стварыць штучны біярэцэптар, які можа нацэльвацца на пэўныя малекулы, распрацоўваць розныя носныя біядатчыкі або нават дапамагчы ўключыць розныя тэлемедыцынскія праграмы.
Толькі ў 2004 годзе быў упершыню распрацаваны метад вытворчасці графенавых лістоў, прынамсі наўмысна. За 17 гадоў, якія прайшлі пасля, серыя паралельных дасягненняў нарэшце вывела на першы план магчымасць рэвалюцыянізаваць спосаб узаемадзеяння чалавека з электронікай. У параўнанні з усімі існуючымі метадамі вытворчасці і вырабу прылад на аснове графена, графен з лазернай гравіроўкай дазваляе ствараць простыя, масава вырабляемыя, высакаякасныя і недарагія ўзоры графена ў розных сферах прымянення, уключаючы змену электронікі скуры.
У бліжэйшай будучыні разумна чакаць прагрэсу ў энергетычным сектары, уключаючы кантроль энергіі, збор энергіі і назапашванне энергіі. Таксама ў бліжэйшай перспектыве чакаюцца дасягненні ў галіне датчыкаў, уключаючы фізічныя датчыкі, датчыкі газу і нават біядатчыкі. Рэвалюцыя, хутчэй за ўсё, прыйдзе з дапамогай носных прылад, у тым ліку прылад для дыягнастычных тэлемедыцынскіх прыкладанняў. Безумоўна, шмат праблем і перашкод застаецца. Але гэтыя перашкоды патрабуюць паступовых, а не рэвалюцыйных удасканаленняў. Паколькі падключаныя прылады і Інтэрнэт рэчаў працягваюць расці, патрэба ў Ультрамалая электроніка больш, чым калі-небудзь. З апошнімі дасягненнямі ў тэхналогіі графена будучыня ў многіх адносінах ужо тут.