nuus

Byna alles wat ons in die moderne wêreld teëkom, maak tot 'n mate staat op elektronika. Vandat ons die eerste keer ontdek het hoe om elektrisiteit te gebruik om meganiese werk op te wek, het ons groot en klein toestelle geskep om ons lewens tegnies te verbeter. Van elektriese ligte tot slimfone, elke toestel ons ontwikkel bestaan ​​uit net 'n paar eenvoudige komponente wat in verskillende konfigurasies saamgestik is. Trouens, vir meer as 'n eeu het ons staatgemaak op:
Ons moderne elektroniese revolusie maak staat op hierdie vier tipes komponente, plus – later – transistors, om vir ons byna alles te bring wat ons vandag gebruik. minder krag, en ons toestelle aan mekaar verbind, kom ons vinnig teë op hierdie klassieke beperkings. Tegnologie. Maar in die vroeë 2000's het vyf vooruitgang almal bymekaar gekom, en hulle het begin om ons moderne wêreld te transformeer. Hier is hoe dit alles verloop het.
1.) Ontwikkeling van grafeen.Van al die materiale wat in die natuur gevind word of in die laboratorium geskep word, is diamant nie meer die hardste materiaal nie.Daar is ses harder, die moeilikste is grafeen.In 2004, grafeen, 'n atoomdik vel koolstof wat in 'n seskantige kristalpatroon aanmekaar gesluit is, is per ongeluk in die laboratorium geïsoleer. Net ses jaar ná hierdie vooruitgang is die ontdekkers daarvan Andrei Heim en Kostya Novoselov met die Nobelprys in Fisika bekroon. Dit is nie net die hardste materiaal wat ooit gemaak is nie, en is ongelooflik veerkragtig om fisiese, chemiese en termiese spanning, maar dit is eintlik 'n perfekte rooster van atome.
Grafeen het ook fassinerende geleidende eienskappe, wat beteken dat as elektroniese toestelle, insluitend transistors, van grafeen in plaas van silikon gemaak kan word, hulle moontlik kleiner en vinniger kan wees as enigiets wat ons vandag het. As grafeen in plastiek gemeng word, kan dit verander word in 'n hittebestande, sterker materiaal wat ook elektrisiteit gelei.Daarbenewens is grafeen ongeveer 98% deursigtig vir lig, wat beteken dit is revolusionêr vir deursigtige raakskerms, liguitstralende panele en selfs sonselle.Soos die Nobelstigting dit 11 jaar gestel het gelede, "miskien is ons op die punt van nog 'n miniaturisering van elektronika wat daartoe sal lei dat rekenaars in die toekoms doeltreffender sal word."
2.) Oppervlakmonteerweerstande.Dit is die oudste "nuwe" tegnologie en is waarskynlik bekend aan enigiemand wat 'n rekenaar of selfoon gedissekteer het. 'n Oppervlakmonteerweerstand is 'n klein reghoekige voorwerp, gewoonlik van keramiek gemaak, met geleidende rande aan albei eindes.Die ontwikkeling van keramiek, wat die vloei van stroom weerstaan ​​sonder om baie krag of hitte te versprei, het dit moontlik gemaak om weerstande te skep wat beter is as die ouer tradisionele weerstande wat voorheen gebruik is: aksiale loodweerstande.
Hierdie eienskappe maak dit ideaal vir gebruik in moderne elektronika, veral laekrag- en mobiele toestelle. As jy 'n weerstand benodig, kan jy een van hierdie SMD's (oppervlakmonteertoestelle) gebruik om die grootte wat jy nodig het vir die weerstande te verminder, of om te vergroot die krag wat jy binne dieselfde grootte beperkings op hulle kan toepas.
3.) Superkapasitors. Kapasitors is een van die oudste elektroniese tegnologieë. Hulle is gebaseer op 'n eenvoudige opstelling waarin twee geleidende oppervlaktes (plate, silinders, sferiese doppe, ens.) met 'n klein afstand van mekaar geskei word, en die twee oppervlaktes is in staat om gelyke en teenoorgestelde ladings te handhaaf. Wanneer jy probeer om stroom deur die kapasitor te laat laai dit en wanneer jy die stroom afskakel of die twee plate verbind ontlaai die kapasitor. Kapasitors het 'n wye reeks toepassings, insluitend energieberging, 'n vinnige uitbarsting van vrygestelde energie, en piëso-elektriese elektronika, waar veranderinge in toesteldruk elektriese seine genereer.
Natuurlik is die maak van veelvuldige plate wat deur klein afstande geskei word op 'n baie, baie klein skaal nie net uitdagend nie, maar fundamenteel beperk. Onlangse vooruitgang in materiale - veral kalsiumkopertitanaat (CCTO) - kan groot hoeveelhede lading in klein spasies stoor: superkapasitors. Hierdie geminiaturiseerde toestelle kan verskeie kere gelaai en ontlaai word voordat hulle verslyt;laai en ontlaai vinniger;en stoor 100 keer die energie per eenheidsvolume van ouer kapasitors. Hulle is 'n spelveranderende tegnologie wanneer dit kom by die miniaturisering van elektronika.
4.) Superinduktore. As die laaste van die "Groot Drie" is die superinduktor die nuutste speler wat tot 2018 uitgekom het. 'n Induktor is basies 'n spoel met 'n stroom wat met 'n magnetiseerbare kern gebruik word. Induktore is teen veranderinge in hul interne magnetiese veld, wat beteken as jy probeer om stroom daardeur te laat vloei, dit weerstaan ​​vir 'n rukkie, dan laat stroom vrylik daardeur vloei, en weerstaan ​​uiteindelik weer veranderinge wanneer jy die stroom afskakel. Saam met resistors en kapasitors is hulle die drie basiese elemente van alle stroombane. Maar weereens, daar is 'n beperking op hoe klein hulle kan word.
Die probleem is dat die induktansiewaarde afhang van die oppervlakte van die induktor, wat 'n droommoordenaar is in terme van miniaturisering. Maar benewens die klassieke magnetiese induktansie, is daar ook die konsep van kinetiese energie-induktansie: die traagheid van die stroomdraende deeltjies self verhoed veranderinge in hul beweging.Net soos miere in 'n lyn met mekaar moet "praat" om hul spoed te verander, moet hierdie stroomdraende deeltjies, soos elektrone, 'n krag op mekaar uitoefen om te versnel of vertraag.Hierdie weerstand teen verandering skep 'n gevoel van beweging.Onder die leierskap van Kaustav Banerjee se Nano-elektroniese Navorsingslaboratorium, is 'n kinetiese energie-induktor wat grafeentegnologie gebruik, nou ontwikkel: die hoogste induktansiedigtheidmateriaal wat nog ooit aangeteken is.
5.) Sit grafeen in enige toestel. Kom ons maak nou voorraad. Ons het grafeen. Ons het “super” weergawes van weerstande, kapasitors en induktore – geminiaturiseer, robuust, betroubaar en doeltreffend. Die laaste struikelblok in die ultra-miniaturiseringsrevolusie in elektronika , ten minste in teorie, is die vermoë om enige toestel (wat van feitlik enige materiaal gemaak is) in 'n elektroniese toestel te verander. Om dit moontlik te maak, is al wat ons nodig het die vermoë om grafeen-gebaseerde elektronika in te sluit in enige tipe materiaal wat ons wil hê, insluitend buigsame materiale. Die feit dat grafeen goeie vloeibaarheid, buigsaamheid, sterkte en geleidingsvermoë het, terwyl dit skadeloos vir mense is, maak dit ideaal vir hierdie doel.
In die afgelope paar jaar is grafeen- en grafeentoestelle vervaardig op 'n manier wat slegs bereik is deur 'n handjievol prosesse wat self redelik streng is. Jy kan gewone ou grafiet oksideer, dit in water oplos en grafeen deur chemiese damp maak afsetting.Daar is egter net 'n paar substrate waarop grafeen op hierdie manier neergelê kan word.Jy kan grafeenoksied chemies verminder, maar as jy dit doen, sal jy met 'n swak gehalte grafeen eindig. Jy kan ook grafeen vervaardig deur meganiese afskilfering , maar dit laat jou nie toe om die grootte of dikte van die grafeen wat jy produseer te beheer nie.
Dit is waar vooruitgang in laser-gegraveerde grafeen inkom. Daar is twee hoof maniere om dit te bereik. Een is om met grafeenoksied te begin. Dieselfde as voorheen: jy neem grafiet en oksideer dit, maar in plaas daarvan om dit chemies te verminder, verminder jy dit met 'n laser.Anders as chemies gereduseerde grafeenoksied, is dit 'n hoë-gehalte produk wat onder andere in superkapasitors, elektroniese stroombane en geheuekaarte gebruik kan word.
Jy kan ook poliimied, 'n hoë-temperatuur plastiek, en patroongrafeen direk met 'n laser gebruik. Die laser breek chemiese bindings in die poliimiednetwerk, en die koolstofatome herorganiseer hulself termies om dun, hoëgehalte grafeenplate te vorm. Poliimied het gewys 'n ton potensiële toepassings, want as jy grafeenstroombane daarop kan graveer, kan jy basies enige vorm van poliimied in draagbare elektronika verander. Dit, om 'n paar te noem, sluit in:
Maar miskien is die mees opwindende - gegewe die opkoms, opkoms en alomteenwoordigheid van nuwe ontdekkings van lasergegraveerde grafeen - op die horison van wat tans moontlik is. Met lasergegraveerde grafeen kan jy energie oes en stoor: 'n energiebeheertoestel .Een van die mees gruwelike voorbeelde van tegnologie wat nie vorder nie, is batterye. Vandag gebruik ons ​​amper droëselchemieë om elektriese energie te berg, 'n eeue oue tegnologie. Prototipes van nuwe bergingstoestelle, soos sink-lugbatterye en vaste toestand buigsame elektrochemiese kapasitors, is geskep.
Met laser-gegraveerde grafeen kan ons nie net die manier waarop ons energie stoor revolusioneer nie, maar ons kan ook draagbare toestelle skep wat meganiese energie in elektrisiteit omskakel: tribo-elektriese nanogenerators. Ons kan merkwaardige organiese fotovoltaïese energie skep wat die potensiaal het om sonenergie te revolusioneer. kan ook buigsame biobrandstofselle maak;die moontlikhede is groot. Op die grense van die insamel en berging van energie is revolusies alles op kort termyn.
Verder behoort laser-gegraveerde grafeen 'n era van ongekende sensors in te lei. Dit sluit fisiese sensors in, aangesien fisiese veranderinge (soos temperatuur of spanning) veranderinge in elektriese eienskappe soos weerstand en impedansie (wat ook die bydraes van kapasitansie en induktansie insluit) veroorsaak ).Dit sluit ook toestelle in wat veranderinge in gaseienskappe en humiditeit bespeur, en – wanneer dit op die menslike liggaam toegepas word – fisiese veranderinge in iemand se lewenstekens. Die idee van 'n Star Trek-geïnspireerde tricorder kan byvoorbeeld vinnig uitgedien raak deur heg bloot 'n vitale tekens-moniteringspleister aan wat ons onmiddellik waarsku vir enige kommerwekkende veranderinge in ons liggame.
Hierdie denkrigting kan ook 'n hele nuwe veld oopmaak: biosensors gebaseer op laser-gegraveerde grafeen-tegnologie. 'n Kunsmatige keel gebaseer op laser-gegraveerde grafeen kan help om keelvibrasies te monitor, en identifiseer seinverskille tussen hoes, gons, skree, sluk en knik bewegings.Laser-gegraveerde grafeen hou ook groot potensiaal in as jy 'n kunsmatige bioreseptor wil skep wat spesifieke molekules kan teiken, verskeie draagbare biosensors kan ontwerp, of selfs verskeie telemedisyne-toepassings kan help aktiveer.
Dit was eers in 2004 dat 'n metode om grafeenplate te vervaardig, ten minste doelbewus, vir die eerste keer ontwikkel is. In die 17 jaar sedertdien het 'n reeks parallelle vooruitgang uiteindelik die moontlikheid na vore gebring om die manier waarop mense met elektronika omgaan, te revolusioneer. In vergelyking met alle bestaande metodes om grafeengebaseerde toestelle te vervaardig en te vervaardig, maak lasergegraveerde grafeen eenvoudige, massaproduseerbare, hoëgehalte en goedkoop grafeenpatrone moontlik in 'n verskeidenheid toepassings, insluitend velelektronikaverandering.
In die nabye toekoms is dit redelik om vooruitgang in die energiesektor te verwag, insluitend energiebeheer, energie-oes en energieberging. Ook in die nabye termyn is vooruitgang in sensors, insluitend fisiese sensors, gassensors en selfs biosensors. revolusie sal waarskynlik van drabare items kom, insluitend toestelle vir diagnostiese telemedisyne-toepassings. Daar is sekerlik nog baie uitdagings en struikelblokke. Maar hierdie struikelblokke vereis inkrementele eerder as revolusionêre verbeterings. Soos gekoppelde toestelle en die internet van dinge bly groei, is die behoefte aan ultraklein elektronika is groter as ooit.Met die jongste vooruitgang in grafeentegnologie is die toekoms reeds op baie maniere hier.