Yangiliklar

Zamonaviy dunyoda duch keladigan deyarli hamma narsa ma'lum darajada elektronikaga bog'liq. Mexanik ishlarni ishlab chiqarish uchun elektr energiyasidan qanday foydalanishni birinchi marta kashf qilganimizdan beri biz hayotimizni texnik jihatdan yaxshilash uchun katta va kichik qurilmalarni yaratdik. Elektr chiroqlaridan tortib smartfonlargacha, har bir qurilma Biz ishlab chiqish turli xil konfiguratsiyalarda birlashtirilgan bir nechta oddiy komponentlardan iborat.Aslida, bir asrdan ortiq vaqt davomida biz quyidagilarga tayanib kelganmiz:
Bizning zamonaviy elektronika inqilobi ushbu to'rt turdagi komponentlarga, shuningdek, keyinchalik tranzistorlarga tayanadi, bu bizga bugungi kunda foydalanadigan deyarli hamma narsani olib keladi. Elektron qurilmalarni miniatyuralashtirish, hayotimiz va haqiqatimizning tobora ko'proq tomonlarini kuzatish, ko'proq ma'lumotlarni uzatish uchun poygadamiz. kamroq quvvat va qurilmalarimizni bir-biriga ulashda biz tezda bu klassik chegaralarga duch kelamiz.Texnologiya.Ammo, 2000-yillarning boshida beshta yangilanishning barchasi birlashdi va ular bizning zamonaviy dunyomizni o'zgartira boshladi. Hammasi shunday kechdi.
1.) Grafenning rivojlanishi. Tabiatda topilgan yoki laboratoriyada yaratilgan barcha materiallardan olmos endi eng qattiq material emas. Ulardan oltitasi qattiqroq, eng qattiqi grafen. 2004 yilda grafen, atom qalinligidagi uglerod qatlami Olti burchakli kristall shaklda bir-biriga mahkamlangan, tasodifan laboratoriyada izolyatsiya qilingan. Ushbu muvaffaqiyatdan atigi olti yil o'tgach, uning kashfiyotchilari Andrey Xeym va Kostya Novoselov fizika bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi. jismoniy, kimyoviy va termal stress, lekin u aslida atomlarning mukammal panjarasidir.
Grafen, shuningdek, ajoyib o'tkazuvchan xususiyatlarga ega, ya'ni elektron qurilmalar, jumladan, tranzistorlar kremniy o'rniga grafendan tayyorlansa, ular bugungi kunda mavjud bo'lgan barcha narsalardan kichikroq va tezroq bo'lishi mumkin. Agar grafen plastmassaga aralashsa, uni aylantirish mumkin. issiqlikka chidamli, kuchliroq material bo‘lib, u elektr tokini ham o‘tkazadi.Bundan tashqari, grafen yorug‘lik uchun taxminan 98% shaffofdir, demak, u shaffof sensorli ekranlar, yorug‘lik chiqaradigan panellar va hatto quyosh batareyalari uchun inqilobiydir.Nobel jamg‘armasi aytganidek, 11 yil oldin, "ehtimol, biz elektronikani yana bir miniatyuralashtirish arafasida turibmiz, bu kelajakda kompyuterlarning yanada samaraliroq bo'lishiga olib keladi."
2.) Yuzaki rezistorlar. Bu eng qadimiy “yangi” texnologiya boʻlib, kompyuter yoki uyali telefonni boʻlaklagan har bir kishiga tanish boʻlishi mumkin. Sirtga oʻrnatish rezistori odatda keramikadan yasalgan, ikkala tomonida oʻtkazuvchan qirralari boʻlgan mayda toʻrtburchak buyumdir. tugaydi.Ko'p quvvat yoki issiqlikni yo'qotmasdan oqim oqimiga qarshilik ko'rsatadigan keramikaning rivojlanishi ilgari ishlatilgan eski an'anaviy rezistorlardan ustun bo'lgan rezistorlarni yaratishga imkon berdi: eksenel qo'rg'oshinli rezistorlar.
Bu xususiyatlar uni zamonaviy elektronikada, ayniqsa kam quvvatli va mobil qurilmalarda foydalanish uchun ideal qiladi.Agar sizga rezistor kerak bo'lsa, rezistorlar uchun kerakli hajmni kamaytirish yoki kattalashtirish uchun ushbu SMD (sirtga o'rnatish moslamalari) dan birini ishlatishingiz mumkin. kuch siz ularga bir xil o'lchamdagi cheklovlarda qo'llashingiz mumkin.
3.) Superkondensatorlar.Kondensatorlar eng qadimiy elektron texnologiyalardan biridir.Ular oddiy o'rnatishga asoslangan bo'lib, unda ikkita o'tkazuvchan sirt (plastinkalar, silindrlar, sferik qobiqlar va boshqalar) bir-biridan kichik masofada va ikkitasi ajratiladi. yuzalar teng va qarama-qarshi zaryadlarni ushlab turishga qodir. Kondensator orqali oqim o'tkazmoqchi bo'lganingizda u zaryadlanadi va oqimni o'chirganingizda yoki ikkita plastinani ulaganingizda kondansatör zaryadsizlanadi. Kondensatorlar keng ko'lamli ilovalarga ega, jumladan energiyani saqlash, a chiqarilgan energiyaning tez portlashi va piezoelektrik elektronika, bu erda qurilma bosimining o'zgarishi elektr signallarini hosil qiladi.
Albatta, juda va juda kichik miqyosda kichik masofalar bilan ajratilgan bir nechta plitalarni yasash nafaqat qiyin, balki tubdan cheklangan. Materiallardagi so'nggi yutuqlar, xususan, kaltsiy mis titanat (CCTO) - kichik bo'shliqlarda katta hajmdagi zaryadni saqlashi mumkin: superkondensatorlar. Ushbu miniatyuralashtirilgan qurilmalar eskirishdan oldin bir necha marta zaryadlanishi va zaryadsizlanishi mumkin;tezroq zaryadlash va tushirish;va eski kondensatorlarning hajmi birligi uchun energiyani 100 marta to'playdi. Ular elektronikani miniatyura qilishda o'yinni o'zgartiradigan texnologiyadir.
4.) Super induktorlar. "Katta uchlik" ning oxirgisi sifatida superinduktor 2018 yilgacha chiqadigan eng so'nggi o'yinchidir. Induktor asosan magnitlanishi mumkin bo'lgan yadro bilan ishlatiladigan oqimga ega bo'lgan lasandir. Induktorlar o'zlarining ichki magnitidagi o'zgarishlarga qarshi turadilar. maydon, ya'ni agar siz u orqali oqim o'tishiga yo'l qo'ymoqchi bo'lsangiz, u bir muncha vaqt qarshilik ko'rsatadi, so'ngra u orqali oqimning erkin o'tishiga imkon beradi va nihoyat oqimni o'chirganingizda yana o'zgarishlarga qarshilik ko'rsatadi.Rezistorlar va kondansatkichlar bilan birga ular Barcha sxemalarning uchta asosiy elementi. Ammo yana, ular qanchalik kichik bo'lishi mumkinligining chegarasi bor.
Muammo shundaki, indüktans qiymati induktorning sirt maydoniga bog'liq bo'lib, u miniatyura nuqtai nazaridan orzu qotildir. Ammo klassik magnit indüktansdan tashqari, kinetik energiya indüktansı tushunchasi ham mavjud: inertsiya tok o'tkazuvchi zarralarning o'zi ularning harakatining o'zgarishiga to'sqinlik qiladi.Bir chiziqdagi chumolilar tezligini o'zgartirish uchun bir-biri bilan "gaplashishlari" kerak bo'lganidek, bu oqim o'tkazuvchi zarralar ham elektronlar kabi tezlikni oshirish uchun bir-biriga kuch ta'sir qilishi kerak. yoki sekinlashtiring. O'zgarishlarga nisbatan bu qarshilik harakat tuyg'usini yaratadi. Kaustav Banerjining Nanoelektronika tadqiqot laboratoriyasi rahbarligida grafen texnologiyasidan foydalangan holda kinetik energiya induktori yaratildi: hozirgacha qayd etilgan eng yuqori induktivlik zichligi materiali.
5.) Istalgan qurilmaga grafen qo‘ying. Endi hisob-kitob qilaylik. Bizda grafen bor. Bizda rezistorlar, kondensatorlar va induktorlarning “super” versiyalari bor – miniatyuralashtirilgan, mustahkam, ishonchli va samarali. Elektronikada o‘ta miniatyura inqilobidagi yakuniy to‘siq. , hech bo'lmaganda, nazariy jihatdan, har qanday qurilmani (deyarli har qanday materialdan yasalgan) elektron qurilmaga aylantirish qobiliyatidir. Buni amalga oshirish uchun bizga kerak bo'lgan narsa - grafenga asoslangan elektronikani istalgan turdagi materialga joylashtirish qobiliyati, egiluvchan materiallarni o'z ichiga oladi.Grafenning yaxshi suyuqlik, moslashuvchanlik, kuch va o'tkazuvchanlikka ega bo'lishi, ammo odamlar uchun zararsiz bo'lishi uni bu maqsad uchun ideal qiladi.
So'nggi bir necha yil ichida grafen va grafen qurilmalari juda qattiq bo'lgan bir nechta jarayonlar orqali erishilgan tarzda ishlab chiqarilgan. Siz oddiy eski grafitni oksidlashingiz, uni suvda eritishingiz va kimyoviy bug' orqali grafen hosil qilishingiz mumkin. cho'kma. Biroq, grafenni shu tarzda yotqizish mumkin bo'lgan bir nechta substratlar mavjud. Siz grafen oksidini kimyoviy jihatdan kamaytirishingiz mumkin, ammo agar shunday qilsangiz, sifatsiz grafenga ega bo'lasiz. Siz mexanik eksfoliatsiya orqali ham grafen ishlab chiqarishingiz mumkin. , lekin bu siz ishlab chiqaradigan grafenning o'lchamini yoki qalinligini nazorat qilish imkonini bermaydi.
Bu erda lazer bilan o'yilgan grafendagi yutuqlar kiradi. Bunga erishishning ikkita asosiy yo'li bor. Ulardan biri grafen oksididan boshlashdir. Xuddi avvalgidek: siz grafitni olib, uni oksidlaysiz, lekin uni kimyoviy jihatdan kamaytirish o'rniga, uni qisqartirasiz. lazer bilan.Kimyoviy jihatdan qisqartirilgan grafen oksididan farqli o'laroq, u yuqori sifatli mahsulot bo'lib, superkondensatorlar, elektron sxemalar va xotira kartalari va boshqalarda qo'llanilishi mumkin.
Siz shuningdek, poliimid, yuqori haroratli plastmassa va naqshli grafenni lazer bilan bevosita ishlatishingiz mumkin. Lazer poliimid tarmog'idagi kimyoviy bog'lanishlarni buzadi va uglerod atomlari yupqa, yuqori sifatli grafen varaqlarini hosil qilish uchun termal ravishda o'zlarini qayta tashkil qiladi.Polimid ko'rsatdi. Bir tonna potentsial ilovalar, chunki agar siz grafen sxemalarini o'yib qo'ysangiz, asosan poliimidning har qanday shaklini kiyiladigan elektronikaga aylantirishingiz mumkin. Ulardan bir nechtasini nomlash uchun:
Ammo, ehtimol, eng hayajonlisi - lazer bilan o'yilgan grafenning paydo bo'lishi, ko'tarilishi va hamma joyda yangi kashfiyoti - hozirda mumkin bo'lgan ufqda. .Texnologiya taraqqiyotga erisha olmasligining eng dahshatli misollaridan biri bu batareyalardir. Bugungi kunda biz elektr energiyasini saqlash uchun quruq hujayra kimyosidan deyarli foydalanamiz, bu ko'p asrlik texnologiya. Sink-havo batareyalari va qattiq holat kabi yangi saqlash qurilmalarining prototiplari moslashuvchan elektrokimyoviy kondensatorlar yaratilgan.
Lazer bilan o‘yilgan grafen yordamida biz nafaqat energiyani saqlash usulini inqilob qila olamiz, balki mexanik energiyani elektrga aylantiruvchi taqiladigan qurilmalarni ham yaratishimiz mumkin: triboelektrik nanogeneratorlar.Biz quyosh energiyasini inqilob qilish potentsialiga ega bo‘lgan ajoyib organik fotovoltaiklarni yaratishimiz mumkin. moslashuvchan bioyoqilg'i xujayralari ham yaratishi mumkin;imkoniyatlar juda katta. Energiyani yig'ish va saqlash chegaralarida inqiloblarning barchasi qisqa muddatda amalga oshiriladi.
Bundan tashqari, lazer bilan o‘yilgan grafen misli ko‘rilmagan sensorlar davrini boshlashi kerak. Bunga jismoniy sensorlar kiradi, chunki jismoniy o‘zgarishlar (masalan, harorat yoki kuchlanish) qarshilik va impedans kabi elektr xususiyatlarining o‘zgarishiga olib keladi (shuningdek, sig‘im va indüktans hissasini ham o‘z ichiga oladi). ).Shuningdek, u gaz xossalari va namlikdagi o'zgarishlarni va - inson tanasiga qo'llanganda - kimningdir hayotiy belgilaridagi jismoniy o'zgarishlarni aniqlaydigan qurilmalarni o'z ichiga oladi. Masalan, Star Trek-dan ilhomlangan trikorder g'oyasi tezda eskirishi mumkin. Bizni tanamizdagi har qanday tashvishli o'zgarishlar haqida darhol ogohlantiruvchi hayotiy belgilar monitoringi patchini qo'shish kifoya.
Ushbu fikrlash yo'nalishi ham butunlay yangi sohani ochishi mumkin: lazer bilan o'yilgan grafen texnologiyasiga asoslangan biosensorlar. Lazer bilan o'yilgan grafenga asoslangan sun'iy tomoq tomoq tebranishlarini kuzatishga yordam beradi, yo'talish, g'ichirlash, qichqiriq, yutish va bosh silkitish o'rtasidagi signal farqlarini aniqlashga yordam beradi. Agar siz aniq molekulalarni nishonga oladigan, turli taqiladigan biosensorlarni loyihalashtira oladigan yoki hatto turli telemeditsina ilovalarini yoqishga yordam beradigan sun'iy bioreseptor yaratmoqchi bo'lsangiz, lazer bilan o'yilgan grafen ham katta salohiyatga ega.
2004 yilga qadar, hech bo'lmaganda, ataylab, grafen varaqlarini ishlab chiqarish usuli birinchi marta ishlab chiqildi. O'tgan 17 yil ichida bir qator parallel yutuqlar nihoyat odamlarning elektronika bilan o'zaro munosabatini inqilob qilish imkoniyatini birinchi o'ringa olib chiqdi. Grafenga asoslangan qurilmalarni ishlab chiqarish va ishlab chiqarishning barcha mavjud usullari bilan taqqoslaganda, lazer bilan o'yilgan grafen turli xil ilovalarda, shu jumladan teri elektronikasini o'zgartirishda oddiy, ommaviy ishlab chiqariladigan, yuqori sifatli va arzon grafen naqshlarini yaratishga imkon beradi.
Yaqin kelajakda energetika sohasida, jumladan, energiya nazorati, energiya yig'ish va energiyani saqlash sohasida o'zgarishlar bo'lishini kutish o'rinli. Shuningdek, yaqin kelajakda sensorlar, jumladan, jismoniy sensorlar, gaz sensorlari va hatto biosensorlar sohasida ham yutuqlar kutilmoqda. inqilob kiyinadigan qurilmalar, jumladan, diagnostika teletibbiyot ilovalari uchun qurilmalardan kelib chiqishi mumkin. Albatta, ko'plab qiyinchiliklar va to'siqlar saqlanib qolmoqda. Lekin bu to'siqlar inqilobiy emas, bosqichma-bosqich yaxshilashni talab qiladi. Ulangan qurilmalar va narsalar interneti o'sishda davom etar ekan. ultra-kichik elektronika har qachongidan ham kattaroqdir. Grafen texnologiyasidagi so'nggi yutuqlar bilan kelajak ko'p jihatdan allaqachon mavjud.