vijesti

Gotovo sve s čime se susrećemo u modernom svijetu donekle se oslanja na elektroniku. Otkako smo prvi put otkrili kako koristiti električnu energiju za generiranje mehaničkog rada, stvorili smo velike i male uređaje kako bismo tehnički poboljšali naše živote. Od električnih svjetala do pametnih telefona, svaki uređaj mi razvijamo sastoji se od samo nekoliko jednostavnih komponenti spojenih zajedno u različitim konfiguracijama. Zapravo, više od stoljeća oslanjamo se na:
Naša moderna elektronička revolucija oslanja se na ove četiri vrste komponenti, plus – kasnije – tranzistore, kako bi nam donijeli gotovo sve što danas koristimo. Dok se utrkujemo u minijaturizaciji elektroničkih uređaja, nadziremo sve više i više aspekata naših života i stvarnosti, prenosimo više podataka s manje energije, i međusobno povezujemo naše uređaje, brzo nailazimo na ova klasična ograničenja. Tehnologija. Ali, početkom 2000-ih, pet napredaka 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 laboratoriju, dijamant više nije najtvrđi materijal. Postoji šest tvrđih, a najtvrđi je grafen. Godine 2004. grafen, sloj ugljika debljine atoma zaključan zajedno u heksagonalni kristalni uzorak, slučajno je izoliran u laboratoriju. Samo šest godina nakon ovog napretka, njegovi pronalazači Andrei Heim i Kostya Novoselov dobili su Nobelovu nagradu za fiziku. Ne samo da je to najtvrđi materijal ikada napravljen, nevjerojatno otporan na fizički, kemijski i toplinski stres, ali to je zapravo savršena rešetka atoma.
Grafen također ima fascinantna vodljiva svojstva, što znači da bi elektronički uređaji, uključujući tranzistore, mogli biti izrađeni od grafena umjesto od silicija, potencijalno mogli biti manji i brži od svega što danas imamo. Ako se grafen umiješa u plastiku, može se pretvoriti u otporan na toplinu, jači materijal koji također provodi elektricitet. Osim toga, grafen je oko 98% proziran za svjetlost, što znači da je revolucionaran za prozirne zaslone osjetljive na dodir, panele koji emitiraju svjetlost, pa čak i solarne ćelije. Kao što je Nobelova zaklada izjavila 11 godina prije, "možda smo na rubu još jedne minijaturizacije elektronike koja će dovesti do toga da računala postanu učinkovitija u budućnosti."
2.) Otpornici za površinsku montažu. Ovo je najstarija "nova" tehnologija i vjerojatno je poznata svakome tko je secirao računalo ili mobitel. Otpornik za površinsku montažu maleni je pravokutni objekt, obično izrađen od keramike, s vodljivim rubovima na oba završava. Razvoj keramike, koja se odupire protoku struje bez rasipanja puno energije ili topline, omogućio je stvaranje otpornika koji su bolji od starijih tradicionalnih otpornika koji su se prije koristili: aksijalnih vodećih otpornika.
Ova svojstva čine ga idealnim za upotrebu u modernoj elektronici, posebno u uređajima male snage i mobilnim uređajima. Ako vam je potreban otpornik, možete upotrijebiti jedan od ovih SMD-ova (uređaja za površinsku montažu) kako biste smanjili ili povećali veličinu koja vam je potrebna za otpornike moć koju možete primijeniti na njih unutar istih ograničenja veličine.
3.) Superkondenzatori. Kondenzatori su jedna od najstarijih elektroničkih tehnologija. Temelje se na jednostavnom postavu u kojem su dvije vodljive površine (ploče, cilindri, sferne ljuske itd.) odvojene jedna od druge malom udaljenošću, a dvije površine mogu zadržati jednake i suprotne naboje. Kada pokušate propustiti struju kroz kondenzator, on se puni, a kada isključite struju ili spojite dvije ploče, kondenzator se prazni. Kondenzatori imaju širok raspon primjena, uključujući pohranu energije, brza eksplozija oslobođene energije i piezoelektrična elektronika, gdje promjene u tlaku uređaja generiraju električne signale.
Naravno, izrada višestrukih ploča odvojenih malim udaljenostima na vrlo, vrlo maloj skali nije samo izazovna, već je fundamentalno ograničena. Nedavni napredak u materijalima - posebno kalcij bakreni titanat (CCTO) - može pohraniti velike količine naboja u malene prostore: superkondenzatore. Ovi minijaturizirani uređaji mogu se puniti i prazniti više puta prije nego što se istroše; brže punjenje i pražnjenje; 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 će se pojaviti do 2018. Induktor je u osnovi zavojnica sa strujom koja se koristi s jezgrom koja se može magnetizirati. Induktori se protive promjenama u njihovom unutarnjem magnetskom polje, što znači da ako pokušate pustiti struju kroz njega, ono se opire neko vrijeme, zatim dopušta struji da slobodno teče kroz njega, i konačno se ponovno opire promjenama kada isključite struju. Uz otpornike i kondenzatore, oni su tri osnovna elementa svih sklopova. Ali opet, postoji ograničenje koliko mali mogu biti.
Problem je u tome što vrijednost induktiviteta ovisi o površini induktora, što je ubojica snova u smislu minijaturizacije. No, osim klasičnog magnetskog induktiviteta, postoji i koncept induktiviteta kinetičke energije: inercija same čestice kojima prolazi struja sprječavaju promjene u njihovom kretanju. Baš kao što mravi u nizu moraju "razgovarati" jedni s drugima da bi promijenili svoju brzinu, te čestice kojima prolazi struja, poput elektrona, moraju djelovati silom jedna na drugu kako bi ubrzale ili usporiti. Ovaj otpor promjenama stvara osjećaj kretanja. Pod vodstvom Laboratorija za istraživanje nanoelektronike Kaustava Banerjeeja, sada je razvijen induktor kinetičke energije koji koristi tehnologiju grafena: materijal s najvećom gustoćom induktiviteta ikada zabilježen.
5.) Stavite grafen u bilo koji uređaj. Sada razmislimo. Imamo grafen. Imamo "super" verzije otpornika, kondenzatora i induktora - minijaturizirane, robusne, pouzdane i učinkovite. Posljednja prepreka u revoluciji ultra-minijaturizacije u elektronici , barem u teoriji, je mogućnost pretvaranja bilo kojeg uređaja (napravljenog od gotovo bilo kojeg materijala) u elektronički uređaj. Da bismo to učinili mogućim, sve što nam treba je mogućnost ugradnje elektronike temeljene na grafenu u bilo koju vrstu materijala koju želimo, uključujući fleksibilne materijale. Činjenica da grafen ima dobru fluidnost, fleksibilnost, čvrstoću i vodljivost, dok je bezopasan za ljude, čini ga idealnim za ovu svrhu.
U proteklih nekoliko godina, grafen i grafenski uređaji proizvedeni su na način koji je postignut samo nekoliko procesa koji su sami po sebi prilično rigorozni. Možete oksidirati običan stari grafit, otopiti ga u vodi i napraviti grafen kemijskim isparavanjem Međutim, postoji samo nekoliko podloga na koje se grafen može taložiti na ovaj način. Možete kemijski reducirati grafen oksid, ali ako to učinite, dobit ćete grafen loše kvalitete. Grafen možete proizvesti i mehaničkim pilingom , ali to vam ne dopušta kontrolu veličine ili debljine grafena koji proizvodite.
Ovdje dolazi do napretka laserski graviranog grafena. Dva su glavna načina da se to postigne. Jedan je započeti s grafen oksidom. Isto kao i prije: uzmete grafit i oksidirate ga, ali umjesto da ga kemijski reducirate, reducirate s laserom. Za razliku od kemijski reduciranog grafen oksida, to je proizvod visoke kvalitete koji se može koristiti u superkondenzatorima, elektroničkim sklopovima i memorijskim karticama, između ostalog.
Također možete upotrijebiti poliimid, visokotemperaturnu plastiku, i oblikovati grafen izravno laserom. Laser razbija kemijske veze u poliimidnoj mreži, a atomi ugljika se termički reorganiziraju kako bi formirali tanke, visokokvalitetne grafenske ploče. Poliimid je pokazao mnoštvo potencijalnih primjena, jer ako na njega možete ugravirati krugove od grafena, u osnovi možete pretvoriti bilo koji oblik poliimida u nosivu elektroniku. Ovo, da spomenemo neke, uključuje:
Ali možda je najuzbudljivije - s obzirom na pojavu, porast i sveprisutnost novih otkrića laserski graviranog grafena - na horizontu onoga što je trenutno moguće. S laserski graviranim grafenom možete sakupljati i skladištiti energiju: uređaj za kontrolu energije .Jedan od najčuvenijih primjera neuspjeha tehnologije su baterije. Danas gotovo koristimo suhe ćelije za pohranu električne energije, stoljećima staru tehnologiju. Prototipovi novih uređaja za pohranu, kao što su cink-zrak baterije i čvrste baterije stvoreni su fleksibilni elektrokemijski kondenzatori.
S laserski ugraviranim grafenom ne samo da možemo revolucionirati način na koji pohranjujemo energiju, već možemo stvoriti i nosive uređaje koji mehaničku energiju pretvaraju u električnu: triboelektrične nanogeneratore. Možemo stvoriti izvanredne organske fotonaponske elemente koji imaju potencijal revolucionirati solarnu energiju. također može napraviti fleksibilne ćelije za biogorivo; mogućnosti su ogromne. Na granicama prikupljanja i skladištenja energije sve su revolucije u kratkom roku.
Nadalje, laserski ugravirani grafen trebao bi započeti eru senzora bez presedana. To uključuje fizičke senzore, jer fizičke promjene (kao što su temperatura ili naprezanje) uzrokuju promjene u električnim svojstvima kao što su otpor i impedancija (što također uključuje doprinose kapacitivnosti i induktivnosti ).Također uključuje uređaje koji detektiraju promjene u svojstvima plina i vlažnosti te – kada se primijene na ljudsko tijelo – fizičke promjene u nečijim vitalnim znakovima. Na primjer, ideja o trikoderu inspiriranom Zvjezdanim stazama mogla bi brzo zastarjeti jednostavno pričvršćivanje flastera za praćenje vitalnih znakova koji nas odmah upozorava na sve zabrinjavajuće promjene u našem tijelu.
Ova linija razmišljanja također bi mogla otvoriti potpuno novo polje: biosenzori temeljeni na tehnologiji laserski graviranog grafena. Umjetno grlo temeljeno na laserski graviranom grafenu moglo bi pomoći u praćenju vibracija grla, identificirajući razlike u signalu između kašljanja, zujanja, vrištanja, gutanja i klimanja glavom pokreti. Laserski ugravirani grafen također ima veliki potencijal ako želite stvoriti umjetni bioreceptor koji može ciljati određene molekule, dizajnirati razne nosive biosenzore ili čak pomoći u omogućavanju raznih telemedicinskih aplikacija.
Tek je 2004. prvi put razvijena metoda proizvodnje grafenskih ploča, barem namjerno. U 17 godina od tada, niz paralelnih napretka konačno je donio u prvi plan mogućnost revolucioniranja načina na koji ljudi komuniciraju s elektronikom. U usporedbi sa svim postojećim metodama proizvodnje i izrade uređaja temeljenih na grafenu, laserski ugravirani grafen omogućuje jednostavne, visokokvalitetne i jeftine uzorke grafena koji se mogu masovno proizvesti u raznim primjenama 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 dolazi do napretka u senzorima, uključujući fizičke senzore, senzore za plin, pa čak i biosenzore. revolucija će vjerojatno doći od nosivih uređaja, uključujući uređaje za dijagnostičke telemedicinske aplikacije. Da budemo sigurni, još uvijek postoje mnogi izazovi i prepreke. Ali te prepreke zahtijevaju inkrementalna, a ne revolucionarna poboljšanja. Kako povezani uređaji i Internet stvari nastavljaju rasti, potreba za Ultra-mala elektronika je veća nego ikad. Uz najnovija dostignuća u tehnologiji grafena, budućnost je već tu na mnogo načina.