жаңалықтар

Заманауи әлемде кездесетін барлық дерлік белгілі бір дәрежеде электроникаға сүйенеді. Біз механикалық жұмыс жасау үшін электр қуатын қалай пайдалану керектігін алғаш ашқаннан бері өмірімізді техникалық жақсарту үшін үлкенді-кішілі құрылғыларды жасадық. Электр шамдарынан смартфондарға дейін, әрбір құрылғы біз әзірлегеніміз әртүрлі конфигурацияларда біріктірілген бірнеше қарапайым құрамдас бөліктерден тұрады. Шын мәнінде, ғасырдан астам уақыт бойы біз мыналарға сүйендік:
Біздің заманауи электроника төңкерісі бізге бүгін қолданатын барлық дерлік әкелетін компоненттердің осы төрт түріне, сонымен қатар кейінірек транзисторларға сүйенеді. Біз электронды құрылғыларды кішірейтуге, өміріміздің және шындықтың көбірек аспектілерін бақылап, көбірек деректерді жіберуге жарысамыз. аз қуат және құрылғыларымызды бір-бірімізге қосу арқылы біз бұл классикалық шектеулерге тез тап боламыз.Технология.Бірақ 2000-шы жылдардың басында бес жетістіктердің барлығы біріктіріліп, олар біздің заманауи әлемімізді өзгерте бастады. Міне, бәрі осылай өтті.
1.) Графеннің дамуы. Табиғатта табылған немесе зертханада жасалған барлық материалдардың ішінде алмаз енді ең қатты материал емес. Алтауы қаттырақ, ең қиыны графен. 2004 жылы графен, көміртегінің атомдық парағы алтыбұрышты кристалды үлгіде біріктірілген, абайсызда зертханада оқшауланған. Осы жетістіктерден алты жылдан кейін оны ашқандар Андрей Хейм мен Костя Новоселов физика бойынша Нобель сыйлығымен марапатталды. физикалық, химиялық және жылулық кернеу, бірақ бұл шын мәнінде атомдардың тамаша торы.
Графеннің де керемет өткізгіш қасиеттері бар, яғни электронды құрылғыларды, соның ішінде транзисторларды кремнийдің орнына графеннен жасауға болатын болса, олар қазіргі кездегі барлық нәрселерден кішірек және жылдамырақ болуы мүмкін. Егер графен пластикке араласса, оны айналдыруға болады. ыстыққа төзімді, күштірек материал, ол электр тогын да өткізеді. Сонымен қатар, графен жарыққа шамамен 98% мөлдір, яғни ол мөлдір сенсорлық экрандар, жарық шығаратын панельдер және тіпті күн батареялары үшін революциялық болып табылады. Нобель қорының айтуынша, 11 жыл. бұрын, «мүмкін, біз болашақта компьютерлердің тиімдірек болуына әкелетін электрониканы тағы бір миниатюризациялау қарсаңында тұрмыз».
2.) Беткейге орнатылатын резисторлар. Бұл ең көне «жаңа» технология және компьютерді немесе ұялы телефонды бөлшектеген кез келген адамға таныс болуы мүмкін. Беткі резистор әдетте керамикадан жасалған, екі жағында да өткізгіш жиектері бар кішкентай тікбұрышты нысан болып табылады. Ток ағынына көп қуат пен жылуды жібермей қарсы тұратын керамиканың дамуы бұрын қолданылған ескі дәстүрлі резисторлардан жоғары резисторларды жасауға мүмкіндік берді: осьтік жетекші резисторлар.
Бұл қасиеттер оны заманауи электроникада, әсіресе қуаты аз және мобильді құрылғыларда пайдалану үшін өте қолайлы етеді. Егер сізге резистор қажет болса, резисторларға қажетті өлшемді азайту немесе ұлғайту үшін осы SMD құрылғыларының бірін пайдалануға болады. бірдей өлшем шектеулерінде оларға қолдануға болатын қуат.
3.) Суперконденсаторлар. Конденсаторлар ең көне электрондық технологиялардың бірі. Олар екі өткізгіш беттер (пластиналар, цилиндрлер, сфералық қабықтар және т.б.) бір-бірінен аз қашықтыққа және екеуі бөлінген қарапайым қондырғыға негізделген беттер бірдей және қарама-қарсы зарядтарды сақтай алады. Токты конденсатор арқылы өткізуге тырысқанда, ол зарядтайды және токты өшіргенде немесе екі пластинаны қосқанда конденсатор разрядталады. Конденсаторлардың кең ауқымы бар, соның ішінде энергияны сақтау, босатылған энергияның жылдам жарылуы және құрылғы қысымының өзгеруі электр сигналдарын тудыратын пьезоэлектроника.
Әрине, өте, өте кішкентай масштабта кішкене қашықтықтармен бөлінген бірнеше пластиналарды жасау қиын ғана емес, сонымен қатар түбегейлі шектеулі. Материалдардағы соңғы жетістіктер, әсіресе кальций мыс титанаты (CCTO) - үлкен көлемдегі зарядты шағын кеңістіктерде сақтай алады: суперконденсаторлар. Бұл кішірейтілген құрылғылар тозғанға дейін бірнеше рет зарядтауға және разрядтауға болады; жылдам зарядтау және разрядтау; және ескі конденсаторлардың көлемі бірлігіне энергияны 100 есе үнемдейді. Олар электрониканы миниатюризациялау кезінде ойын өзгертетін технология болып табылады.
4.) Супер индукторлар. «Үлкен үштіктің» соңғысы ретінде супериндуктор 2018 жылға дейін шыққан соңғы ойыншы болып табылады. Индуктор негізінен магниттелетін өзегі бар токты катушка болып табылады. Индукторлар ішкі магниттік өзгерістерге қарсы тұрады. өріс, яғни ол арқылы ток өткізуге тырыссаңыз, ол біраз уақытқа қарсы тұрады, содан кейін ол арқылы токтың еркін өтуіне мүмкіндік береді және токты өшірген кезде қайтадан өзгерістерге қарсы тұрады. Резисторлар мен конденсаторлармен бірге олар барлық тізбектердің үш негізгі элементі. Бірақ тағы да, олардың қаншалықты кішкентай болуының шегі бар.
Мәселе мынада, индуктивтілік мәні индуктордың бетінің ауданына байланысты, ол миниатюризация тұрғысынан арман өлтіруші болып табылады.Бірақ классикалық магниттік индуктивтіліктен басқа, кинетикалық энергия индуктивтілігі ұғымы да бар: инерция ток өткізетін бөлшектердің өзі олардың қозғалысының өзгеруіне жол бермейді. Желідегі құмырсқалар жылдамдықтарын өзгерту үшін бір-бірімен «сөйлесуі» керек сияқты, бұл ток өткізетін бөлшектер де электрондар сияқты жылдамдықты арттыру үшін бір-біріне күш көрсетуі керек. немесе баяулатыңыз. Өзгерістерге бұл қарсылық қозғалыс сезімін тудырады. Каустав Банерджидің Наноэлектроника ғылыми-зерттеу зертханасының жетекшілігімен қазір графен технологиясын пайдаланатын кинетикалық энергия индукторы жасалды: бұрын-соңды тіркелген ең жоғары индуктивті тығыздық материалы.
5.) Кез келген құрылғыға графен салыңыз. Енді түгендеп көрейік. Бізде графен бар. Бізде резисторлардың, конденсаторлардың және индукторлардың «супер» нұсқалары бар – шағын, берік, сенімді және тиімді. Электроникадағы ультра миниатюризация революциясындағы соңғы кедергі , кем дегенде, теориялық тұрғыдан алғанда, кез келген құрылғыны (кез келген дерлік материалдан жасалған) электронды құрылғыға айналдыру мүмкіндігі. Мұны мүмкін ету үшін бізге қажет нәрсе - графен негізіндегі электрониканы біз қалаған кез келген материал түріне ендіру мүмкіндігі, Оның ішінде икемді материалдар. Графеннің жақсы өтімділігі, икемділігі, беріктігі және өткізгіштігі адамдарға зиянсыз болғанымен, оны осы мақсат үшін өте қолайлы етеді.
Соңғы бірнеше жылда графен және графен құрылғылары өздері өте қатаң болатын бірнеше процестер арқылы ғана қол жеткізілген жолмен жасалды. Сіз қарапайым ескі графитті тотықтырып, оны суда ерітіп, химиялық бу арқылы графен жасай аласыз. тұндыру. Дегенмен, графенді осылай қоюға болатын бірнеше субстраттар ғана бар. Сіз графен оксидін химиялық жолмен азайта аласыз, бірақ олай етсеңіз, сапасыз графенге қол жеткізесіз. Сондай-ақ, механикалық қабыршақтану арқылы графен өндіруге болады. , бірақ бұл сіз өндіретін графеннің өлшемін немесе қалыңдығын басқаруға мүмкіндік бермейді.
Дәл осы жерде лазермен гравировкаланған графеннің жетістіктері кіреді. Бұған жетудің екі негізгі жолы бар. Біреуі графен оксидінен бастау. Бұрынғыдай: сіз графитті алып, оны тотықсыздандырасыз, бірақ оны химиялық жолмен азайтудың орнына, азайтасыз. лазермен. Химиялық түрде төмендетілген графен оксидінен айырмашылығы, ол суперконденсаторларда, электронды схемаларда және жад карталарында және т.б. пайдалануға болатын жоғары сапалы өнім.
Сондай-ақ полиимидті, жоғары температуралы пластикті және графен үлгісін лазермен тікелей пайдалануға болады. Лазер полиимидті желідегі химиялық байланыстарды үзеді, ал көміртегі атомдары жұқа, жоғары сапалы графен парақтарын қалыптастыру үшін термиялық түрде қайта құрылады. Полимид көрсетті. тонна әлеуетті қолданбалар, өйткені егер сіз оған графен схемаларын оюға алсаңыз, сіз негізінен полиимидтің кез келген пішінін тозуға болатын электроникаға айналдыра аласыз. Олардың бірнешеуін атасақ:
Бірақ, бәлкім, ең қызықтысы — лазермен гравировкаланған графеннің жаңа ашылымдарының пайда болуы, өрлеуі және кең таралғаны — қазіргі уақытта мүмкін болатын көкжиекте. Лазермен ойылған графеннің көмегімен сіз энергияны жинап, сақтай аласыз: энергияны басқаратын құрылғы. .Технологияның ілгерілеуін көрсететін ең сұмдық мысалдардың бірі - батареялар. Бүгінгі күні біз электр энергиясын сақтау үшін құрғақ жасушалық химияны қолданамыз, бұл ғасырлар бойы қалыптасқан технология. Мырыш-ауа батареялары және қатты дене сияқты жаңа сақтау құрылғыларының прототиптері. икемді электрохимиялық конденсаторлар жасалды.
Лазермен ойылған графеннің көмегімен біз энергияны сақтау тәсілін ғана емес, сонымен қатар механикалық энергияны электр энергиясына түрлендіретін тозуға болатын құрылғыларды жасай аламыз: трибоэлектрлік наногенераторлар. Біз күн энергиясын төңкеріс жасау мүмкіндігіне ие керемет органикалық фотоэлектрлерді жасай аламыз. Біз сонымен қатар икемді биоотын жасушаларын жасай алады; Мүмкіндіктер орасан зор. Энергияны жинау және сақтау шекарасында төңкерістердің барлығы қысқа мерзімде болады.
Сонымен қатар, лазермен гравировкаланған графен бұрын-соңды болмаған сенсорлар дәуірін бастауы керек. Бұл физикалық датчиктерді қамтиды, өйткені физикалық өзгерістер (температура немесе деформация сияқты) қарсылық пен кедергі сияқты электрлік қасиеттердің өзгеруіне әкеледі (оларға сыйымдылық пен индуктивтіліктің үлестері де кіреді) ).Сонымен қатар ол газ қасиеттері мен ылғалдылығындағы өзгерістерді және – адам ағзасына қолданғанда – біреудің өмірлік маңызды белгілеріндегі физикалық өзгерістерді анықтайтын құрылғыларды қамтиды. Мысалы, Star Trek шабыттандырылған трикордер идеясы тез ескіруі мүмкін. жай ғана біздің денеміздегі кез келген алаңдатарлық өзгерістер туралы бізге ескертетін өмірлік маңызды белгілерді бақылау патчын қосу.
Бұл ойлау сызығы сондай-ақ мүлде жаңа өрісті ашуы мүмкін: лазермен гравировкаланған графен технологиясына негізделген биосенсорлар. Лазермен ойылған графен негізіндегі жасанды тамақ жұлдыру дірілдерін бақылауға, жөтелу, ызылдау, айқайлау, жұту және бас изеу арасындағы сигналдық айырмашылықтарды анықтауға көмектеседі. қозғалыстар. Егер сіз нақты молекулаларды нысанаға алатын, әртүрлі тозуға болатын биосенсорларды жобалайтын немесе тіпті әртүрлі телемедицина қолданбаларын қосуға көмектесетін жасанды биорецепторды жасағыңыз келсе, лазермен ойылған графен де үлкен әлеуетке ие.
2004 жылға дейін, кем дегенде, әдейі, графен парақтарын өндіру әдісі алғаш рет жасалды. Содан бері 17 жыл ішінде бірқатар параллельді жетістіктер адамдардың электроникамен өзара әрекеттесу тәсілін түбегейлі өзгерту мүмкіндігін бірінші орынға шығарды. Графен негізіндегі құрылғыларды өндіру мен жасаудың барлық қолданыстағы әдістерімен салыстырғанда, лазермен гравировкаланған графен әртүрлі қолданбаларда, соның ішінде тері электроникасын өзгертуде қарапайым, жаппай өндірілетін, жоғары сапалы және арзан графен үлгілерін жасауға мүмкіндік береді.
Жақын болашақта энергетикалық секторда, соның ішінде энергияны бақылау, энергия жинау және энергияны сақтауда ілгерілеушілік күту орынды. Сондай-ақ жақын арада датчиктерде, соның ішінде физикалық датчиктерде, газ датчиктерде және тіпті биосенсорларда да жетістіктер болады. Ең үлкен төңкеріс киетін құрылғылардан, соның ішінде диагностикалық телемедицина қолданбаларына арналған құрылғылардан болуы мүмкін. Әрине, көптеген қиындықтар мен кедергілер әлі де бар. Бірақ бұл кедергілер революциялық жақсартуларды емес, қадамдық жақсартуларды талап етеді. Қосылған құрылғылар мен заттар интернеті өсіп келе жатқандықтан, ультра-кіші электроника бұрынғыдан да үлкен. Графен технологиясының соңғы жетістіктерімен болашақ көптеген жолдармен осында.