berita

Hampir semua yang kami temui dalam dunia moden bergantung pada elektronik sedikit sebanyak. Sejak kami mula-mula menemui cara menggunakan elektrik untuk menjana kerja mekanikal, kami telah mencipta peranti besar dan kecil untuk meningkatkan kehidupan kami secara teknikal. Daripada lampu elektrik hingga telefon pintar, setiap peranti kami bangunkan hanya terdiri daripada beberapa komponen mudah yang dicantum bersama dalam pelbagai konfigurasi. Malah, selama lebih satu abad, kami telah bergantung pada:
Revolusi elektronik moden kami bergantung pada empat jenis komponen ini, ditambah – kemudian – transistor, untuk membawa kepada kami hampir semua yang kami gunakan hari ini. Sambil kami berlumba untuk mengecilkan peranti elektronik, memantau lebih banyak aspek kehidupan dan realiti kami, menghantar lebih banyak data dengan kurang kuasa, dan menyambungkan peranti kami antara satu sama lain, kami dengan cepat menemui had klasik ini.Teknologi.Tetapi, pada awal tahun 2000-an, lima kemajuan semuanya bersatu, dan mereka telah mula mengubah dunia moden kita.Begini bagaimana semuanya berlaku.
1.) Pembangunan graphene.Dari semua bahan yang terdapat di alam semula jadi atau dicipta dalam makmal, berlian bukan lagi bahan yang paling keras. Terdapat enam yang lebih keras, yang paling sukar ialah graphene. Pada tahun 2004, graphene, lembaran karbon setebal atom dikunci bersama dalam corak kristal heksagon, secara tidak sengaja diasingkan di makmal. Hanya enam tahun selepas kemajuan ini, penemunya Andrei Heim dan Kostya Novoselov telah dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik. Bukan sahaja bahan yang paling sukar pernah dibuat, sangat berdaya tahan untuk tegasan fizikal, kimia dan haba, tetapi ia sebenarnya merupakan kekisi atom yang sempurna.
Graphene juga mempunyai sifat konduktif yang menarik, bermakna jika peranti elektronik, termasuk transistor, boleh dibuat daripada graphene dan bukannya silikon, ia berpotensi menjadi lebih kecil dan lebih pantas daripada apa-apa yang kita ada hari ini. Jika graphene dicampur menjadi plastik, ia boleh diubah menjadi bahan tahan haba, lebih kuat yang juga mengalirkan elektrik.Selain itu, graphene adalah kira-kira 98% lutsinar kepada cahaya, yang bermaksud ia revolusioner untuk skrin sentuh telus, panel pemancar cahaya dan juga sel suria. Seperti yang dinyatakan oleh Yayasan Nobel selama 11 tahun lalu, "mungkin kita berada di ambang pengecilan elektronik lain yang akan membawa kepada komputer menjadi lebih cekap pada masa hadapan."
2.) Perintang pemasangan permukaan. Ini adalah teknologi "baru" tertua dan mungkin biasa kepada sesiapa sahaja yang telah membedah komputer atau telefon bimbit. Perintang pelekap permukaan ialah objek kecil segi empat tepat, biasanya diperbuat daripada seramik, dengan tepi konduktif pada kedua-duanya. berakhir.Pembangunan seramik, yang menahan aliran arus tanpa menghilangkan banyak kuasa atau haba, telah memungkinkan untuk mencipta perintang yang lebih baik daripada perintang tradisional yang lebih tua yang digunakan sebelum ini: perintang plumbum paksi.
Ciri-ciri ini menjadikannya sesuai untuk digunakan dalam elektronik moden, terutamanya peranti berkuasa rendah dan mudah alih. Jika anda memerlukan perintang, anda boleh menggunakan salah satu daripada SMD (peranti pelekap permukaan) ini untuk mengurangkan saiz yang anda perlukan untuk perintang, atau untuk meningkatkan kuasa yang boleh anda gunakan kepada mereka dalam kekangan saiz yang sama.
3.) Kapasitor super.Kapasitor adalah salah satu teknologi elektronik tertua. Ia berdasarkan persediaan mudah di mana dua permukaan konduktif (plat, silinder, cengkerang sfera, dll.) dipisahkan antara satu sama lain dengan jarak yang kecil, dan kedua-duanya permukaan mampu mengekalkan cas yang sama dan bertentangan.Apabila anda cuba menghantar arus melalui kapasitor ia mengecas dan apabila anda mematikan arus atau menyambung kedua-dua plat kapasitor melepaskan.Kapasitor mempunyai pelbagai aplikasi, termasuk penyimpanan tenaga, a letusan pantas tenaga yang dilepaskan, dan elektronik piezoelektrik, di mana perubahan dalam tekanan peranti menjana isyarat elektrik.
Sudah tentu, membuat berbilang plat yang dipisahkan dengan jarak yang kecil pada skala yang sangat kecil bukan sahaja mencabar tetapi pada asasnya terhad. Kemajuan terkini dalam bahan-terutama kalsium tembaga titanat (CCTO)—boleh menyimpan sejumlah besar cas dalam ruang kecil: supercapacitors. Peranti kecil ini boleh dicas dan dinyahcas beberapa kali sebelum ia haus; cas dan nyahcas lebih cepat; dan menyimpan 100 kali ganda tenaga seunit volum kapasitor lama. Ia adalah teknologi yang mengubah permainan apabila ia datang untuk mengecilkan elektronik.
4.) Induktor super. Sebagai yang terakhir daripada "Tiga Besar", superinduktor ialah pemain terbaharu yang keluar sehingga 2018. Induktor pada asasnya ialah gegelung dengan arus yang digunakan dengan teras boleh magnet. Induktor menentang perubahan dalam magnet dalaman mereka medan, yang bermaksud jika anda cuba membiarkan arus mengalir melaluinya, ia menahan untuk seketika, kemudian membenarkan arus mengalir dengan bebas melaluinya, dan akhirnya menentang perubahan semula apabila anda mematikan arus. Bersama-sama dengan perintang dan kapasitor, ia adalah tiga elemen asas bagi semua litar. Tetapi sekali lagi, terdapat had untuk seberapa kecil yang mereka boleh dapatkan.
Masalahnya ialah nilai induktansi bergantung pada luas permukaan induktor, yang merupakan pembunuh impian dari segi pengecilan. Tetapi sebagai tambahan kepada induktansi magnetik klasik, terdapat juga konsep induktansi tenaga kinetik: inersia zarah-zarah pembawa arus itu sendiri menghalang perubahan dalam gerakannya. Sama seperti semut dalam satu barisan mesti "bercakap" antara satu sama lain untuk menukar kelajuannya, zarah-zarah pembawa arus ini, seperti elektron, perlu mengenakan daya antara satu sama lain untuk mempercepatkan. atau perlahan. Rintangan terhadap perubahan ini mewujudkan rasa pergerakan. Di bawah pimpinan Makmal Penyelidikan Nanoelektronik Kaustav Banerjee, induktor tenaga kinetik menggunakan teknologi graphene kini telah dibangunkan: bahan ketumpatan aruhan tertinggi pernah direkodkan.
5.) Letakkan graphene dalam mana-mana peranti. Sekarang mari kita ambil stok. Kami ada graphene. Kami mempunyai versi "super" perintang, kapasitor dan induktor - kecil, teguh, boleh dipercayai dan cekap. Halangan terakhir dalam revolusi ultra-pengkecilan dalam elektronik , sekurang-kurangnya secara teori, ialah keupayaan untuk menukar mana-mana peranti (diperbuat daripada hampir semua bahan) menjadi peranti elektronik. Untuk menjadikannya mungkin, semua yang kita perlukan ialah keupayaan untuk membenamkan elektronik berasaskan graphene ke dalam apa-apa jenis bahan yang kita inginkan, termasuk bahan fleksibel. Fakta bahawa graphene mempunyai kecairan, fleksibiliti, kekuatan dan kekonduksian yang baik, sementara tidak berbahaya kepada manusia, menjadikannya sesuai untuk tujuan ini.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, peranti graphene dan graphene telah direka dengan cara yang hanya dicapai melalui segelintir proses yang agak ketat. Anda boleh mengoksidakan grafit lama biasa, melarutkannya dalam air dan membuat graphene oleh wap kimia pemendapan.Walau bagaimanapun, terdapat hanya beberapa substrat di mana graphene boleh didepositkan dengan cara ini.Anda boleh mengurangkan graphene oksida secara kimia, tetapi jika anda melakukannya, anda akan mendapat graphene berkualiti rendah.Anda juga boleh menghasilkan graphene melalui pengelupasan mekanikal , tetapi ini tidak membenarkan anda mengawal saiz atau ketebalan graphene yang anda hasilkan.
Di sinilah kemajuan dalam graphene terukir laser masuk. Terdapat dua cara utama untuk mencapainya.Salah satunya adalah bermula dengan graphene oxide.Sama seperti sebelumnya: anda mengambil grafit dan mengoksidakannya, tetapi bukannya mengurangkannya secara kimia, anda mengurangkannya dengan laser.Tidak seperti graphene oxide yang dikurangkan secara kimia, ia adalah produk berkualiti tinggi yang boleh digunakan dalam supercapacitors, litar elektronik dan kad memori, antara lain.
Anda juga boleh menggunakan polimida, plastik suhu tinggi dan corak graphene secara terus dengan laser.Laser memecahkan ikatan kimia dalam rangkaian polimida, dan atom karbon secara terma menyusun semula diri mereka untuk membentuk kepingan graphene yang nipis dan berkualiti tinggi.Polyimide telah menunjukkan satu tan aplikasi yang berpotensi, kerana jika anda boleh mengukir litar graphene padanya, anda pada asasnya boleh menukar sebarang bentuk polimida menjadi elektronik boleh pakai. Ini, untuk menamakan beberapa, termasuk:
Tetapi mungkin yang paling menggembirakan—memandangkan kemunculan, kebangkitan dan kewujudan penemuan baharu grafena terukir laser—berada di ufuk apa yang mungkin pada masa ini. Dengan grafena terukir laser, anda boleh menuai dan menyimpan tenaga: peranti mengawal tenaga .Salah satu contoh paling mengerikan bagi teknologi yang gagal untuk maju ialah bateri. Hari ini, kami hampir menggunakan kimia sel kering untuk menyimpan tenaga elektrik, teknologi berabad-abad lamanya.Prototaip peranti storan baharu, seperti bateri zink-udara dan keadaan pepejal kapasitor elektrokimia fleksibel, telah dicipta.
Dengan graphene terukir laser, bukan sahaja kita boleh merevolusikan cara kita menyimpan tenaga, tetapi kita juga boleh mencipta peranti boleh pakai yang menukar tenaga mekanikal kepada elektrik: nanogenerator triboelektrik. Kita boleh mencipta fotovoltaik organik yang luar biasa yang berpotensi untuk merevolusikan tenaga suria. Kami juga boleh membuat sel biofuel yang fleksibel; kemungkinan besar. Di sempadan mengumpul dan menyimpan tenaga, revolusi semuanya dalam jangka pendek.
Tambahan pula, graphene yang diukir dengan laser harus menyambut era penderia yang belum pernah terjadi sebelumnya. Ini termasuk penderia fizikal, kerana perubahan fizikal (seperti suhu atau terikan) menyebabkan perubahan dalam sifat elektrik seperti rintangan dan impedans (yang juga termasuk sumbangan kemuatan dan kearuhan ).Ia juga termasuk peranti yang mengesan perubahan dalam sifat gas dan kelembapan, dan – apabila digunakan pada tubuh manusia – perubahan fizikal dalam tanda-tanda vital seseorang. Contohnya, idea tricorder yang diilhamkan oleh Star Trek boleh menjadi usang dengan cepat oleh hanya melampirkan tampalan pemantauan tanda-tanda penting yang serta-merta memberitahu kita tentang sebarang perubahan yang membimbangkan dalam badan kita.
Garis pemikiran ini juga boleh membuka bidang baharu: biosensor berdasarkan teknologi graphene terukir laser. Tekak buatan berdasarkan graphene terukir laser boleh membantu memantau getaran tekak, mengenal pasti perbezaan isyarat antara batuk, berdengung, menjerit, menelan dan mengangguk pergerakan.Grafena terukir laser juga mempunyai potensi besar jika anda ingin mencipta bioreseptor tiruan yang boleh menyasarkan molekul tertentu, mereka bentuk pelbagai biosensor boleh pakai, atau membantu mendayakan pelbagai aplikasi teleperubatan.
Hanya pada tahun 2004 kaedah menghasilkan helaian graphene, sekurang-kurangnya dengan sengaja, mula dibangunkan. Dalam tempoh 17 tahun sejak itu, satu siri kemajuan selari akhirnya telah membawa ke hadapan kemungkinan merevolusikan cara manusia berinteraksi dengan elektronik. Berbanding dengan semua kaedah sedia ada untuk menghasilkan dan membuat peranti berasaskan graphene, graphene yang diukir dengan laser membolehkan corak graphene yang ringkas, boleh dihasilkan secara besar-besaran, berkualiti tinggi dan murah dalam pelbagai aplikasi termasuk perubahan elektronik kulit.
Dalam masa terdekat, adalah munasabah untuk menjangkakan kemajuan dalam sektor tenaga, termasuk kawalan tenaga, penuaian tenaga dan penyimpanan tenaga. Juga dalam jangka terdekat ialah kemajuan dalam penderia, termasuk penderia fizikal, penderia gas dan juga biosensor. Yang terbesar revolusi mungkin datang daripada peranti boleh pakai, termasuk peranti untuk aplikasi teleperubatan diagnostik. Yang pasti, masih banyak cabaran dan halangan. Tetapi halangan ini memerlukan penambahbaikan secara berperingkat dan bukannya revolusioner. Memandangkan peranti yang disambungkan dan Internet Perkara terus berkembang, keperluan untuk elektronik ultra-kecil lebih hebat dari sebelumnya. Dengan kemajuan terkini dalam teknologi graphene, masa depan sudah ada di sini dalam pelbagai cara.