balita

Halos lahat ng nakakaharap namin sa modernong mundo ay umaasa sa electronics sa ilang lawak. Mula noong una naming natuklasan kung paano gumamit ng kuryente para makabuo ng mekanikal na trabaho, gumawa kami ng mga device na malaki at maliit upang teknikal na mapabuti ang aming buhay. Mula sa mga electric light hanggang sa mga smartphone, bawat device binubuo namin ang ilang simpleng bahagi na pinagsama-sama sa iba't ibang configuration. Sa katunayan, sa loob ng mahigit isang siglo, umasa kami sa:
Ang aming makabagong electronics revolution ay umaasa sa apat na uri ng mga bahaging ito, at – mamaya – mga transistor, upang dalhin sa amin ang halos lahat ng ginagamit namin ngayon. Habang nagsusumikap kaming gawing maliit ang mga elektronikong device, sinusubaybayan ang higit pang mga aspeto ng aming buhay at katotohanan, nagpapadala ng mas maraming data gamit ang mas kaunting kapangyarihan, at ikinonekta ang aming mga device sa isa't isa, mabilis naming nalaman ang mga klasikong limitasyong ito.Teknolohiya.Ngunit, noong unang bahagi ng 2000s, limang pagsulong ang nagsama-sama, at sinimulan nilang baguhin ang ating modernong mundo.Narito kung paano nangyari ang lahat.
1.) Pagbuo ng graphene.Sa lahat ng materyales na matatagpuan sa kalikasan o nilikha sa lab, hindi na ang brilyante ang pinakamahirap na materyal. May anim na mas mahirap, ang pinakamahirap ay graphene. Noong 2004, graphene, isang atom-thick sheet ng carbon pinagsama-sama sa isang heksagonal na pattern ng kristal, ay hindi sinasadyang nahiwalay sa lab. Anim na taon lamang pagkatapos ng pag-unlad na ito, ang mga natuklasan nito na sina Andrei Heim at Kostya Novoselov ay ginawaran ng Nobel Prize sa Physics. Hindi lamang ito ang pinakamahirap na materyal na ginawa, hindi kapani-paniwalang nababanat pisikal, kemikal, at thermal stress, ngunit ito ay talagang isang perpektong sala-sala ng mga atom.
Ang Graphene ay mayroon ding mga kaakit-akit na conductive na katangian, ibig sabihin, kung ang mga elektronikong device, kabilang ang mga transistor, ay maaaring gawin mula sa graphene sa halip na silicon, maaari silang maging mas maliit at mas mabilis kaysa sa anumang mayroon tayo ngayon. Kung ang graphene ay ihalo sa plastic, maaari itong gawing isang heat-resistant, mas malakas na materyal na nagsasagawa rin ng kuryente. Dagdag pa rito, ang graphene ay humigit-kumulang 98% na transparent sa liwanag, na nangangahulugang ito ay rebolusyonaryo para sa mga transparent na touchscreen, light-emitting panel at maging ang mga solar cell. Gaya ng sinabi ng Nobel Foundation sa loob ng 11 taon nakaraan, "marahil tayo ay nasa bingit ng isa pang miniaturization ng electronics na hahantong sa mga computer na maging mas mahusay sa hinaharap."
2.) Surface mount resistors. Ito ang pinakalumang "bagong" teknolohiya at malamang na pamilyar sa sinumang nag-dissect sa isang computer o cell phone. Ang surface mount resistor ay isang maliit na hugis-parihaba na bagay, kadalasang gawa sa ceramic, na may conductive na mga gilid sa magkabilang gilid. nagtatapos.Ang pag-unlad ng mga keramika, na lumalaban sa daloy ng kasalukuyang nang hindi nawawala ang labis na kapangyarihan o init, ay naging posible na lumikha ng mga resistor na higit na mataas sa mas lumang tradisyonal na mga resistor na ginamit noon: axial lead resistors.
Ginagawang mainam ng mga katangiang ito para gamitin sa modernong electronics, lalo na ang mga low-power at mobile device. Kung kailangan mo ng resistor, maaari mong gamitin ang isa sa mga SMD (surface mount device) na ito upang bawasan ang laki na kailangan mo para sa mga resistor, o para tumaas ang kapangyarihan na maaari mong ilapat sa kanila sa loob ng parehong mga hadlang sa laki.
3.) Supercapacitors. Ang mga capacitor ay isa sa mga pinakalumang teknolohiyang elektroniko. Nakabatay ang mga ito sa isang simpleng setup kung saan ang dalawang conductive surface (mga plate, cylinder, spherical shell, atbp.) ay pinaghihiwalay mula sa isa't isa ng maliit na distansya, at ang dalawa ang mga ibabaw ay nakapagpapanatili ng pantay at magkasalungat na mga singil. Kapag sinubukan mong ipasa ang kasalukuyang sa pamamagitan ng kapasitor na sinisingil nito at kapag pinatay mo ang kasalukuyang o ikinonekta ang dalawang plato ang kapasitor ay naglalabas. Ang mga kapasitor ay may malawak na hanay ng mga aplikasyon, kabilang ang pag-iimbak ng enerhiya, isang mabilis na pagsabog ng inilabas na enerhiya, at piezoelectric electronics, kung saan ang mga pagbabago sa pressure ng device ay bumubuo ng mga electrical signal.
Siyempre, ang paggawa ng maramihang mga plato na pinaghihiwalay ng maliliit na distansya sa napakaliit na sukat ay hindi lamang mapaghamong ngunit sa panimula ay limitado. Ang mga kamakailang pagsulong sa mga materyales—lalo na ang calcium copper titanate (CCTO)—ay maaaring mag-imbak ng malaking halaga ng singil sa maliliit na espasyo: supercapacitors. Ang mga miniaturized na device na ito ay maaaring ma-charge at ma-discharge nang maraming beses bago sila maubos; mas mabilis na mag-charge at mag-discharge; at mag-imbak ng 100 beses ang enerhiya sa bawat dami ng yunit ng mas lumang mga capacitor. Ang mga ito ay isang teknolohiyang nagbabago ng laro pagdating sa miniaturizing electronics.
4.) Super inductors.Bilang huli sa "Big Three," ang superinductor ang pinakabagong player na lumabas hanggang 2018. Ang inductor ay karaniwang isang coil na may kasalukuyang ginagamit na may magnetizable core. Ang mga inductor ay sumasalungat sa mga pagbabago sa kanilang panloob na magnetic field, na nangangahulugang kung susubukan mong hayaan ang kasalukuyang dumaloy dito, lumalaban ito saglit, pagkatapos ay pinapayagan ang kasalukuyang malayang dumaloy dito, at sa wakas ay lumalaban muli sa mga pagbabago kapag pinatay mo ang kasalukuyang.Kasama ang mga resistor at capacitor, sila ang tatlong pangunahing elemento ng lahat ng mga circuit. Ngunit muli, may limitasyon sa kung gaano kaliit ang makukuha nila.
Ang problema ay ang halaga ng inductance ay depende sa surface area ng inductor, na isang dream killer sa mga tuntunin ng miniaturization. Ngunit bilang karagdagan sa classic magnetic inductance, mayroon ding konsepto ng kinetic energy inductance: ang inertia ng pinipigilan mismo ng mga partikulo na nagdadala ng kasalukuyang mga pagbabago sa kanilang paggalaw. Kung paanong ang mga langgam sa isang linya ay kailangang "mag-usap" sa isa't isa upang baguhin ang kanilang bilis, ang mga particle na ito na nagdadala ng kasalukuyang, tulad ng mga electron, ay kailangang magbigay ng puwersa sa isa't isa upang mapabilis o pabagalin. Ang paglaban sa pagbabago na ito ay lumilikha ng pakiramdam ng paggalaw. Sa ilalim ng pamumuno ng Nanoelectronics Research Laboratory ng Kaustav Banerjee, isang kinetic energy inductor na gumagamit ng graphene technology ay binuo na ngayon: ang pinakamataas na inductance density na materyal na naitala kailanman.
5.) Maglagay ng graphene sa anumang device. Ngayon ay mag-stock tayo. Mayroon tayong graphene. Mayroon tayong "super" na bersyon ng mga resistor, capacitor at inductors - pinaliit, matatag, maaasahan at mahusay. Ang huling hadlang sa ultra-miniaturization revolution sa electronics , kahit man lang sa teorya, ay ang kakayahang gawing electronic device ang anumang device (gawa sa halos anumang materyal). kabilang ang mga flexible na materyales. Ang katotohanan na ang graphene ay may mahusay na pagkalikido, flexibility, lakas, at kondaktibiti, habang hindi nakakapinsala sa mga tao, ginagawa itong perpekto para sa layuning ito.
Sa nakalipas na ilang taon, ang mga graphene at graphene device ay ginawa sa paraang nakamit lamang sa pamamagitan ng ilang proseso na medyo mahigpit. deposition.Gayunpaman, mayroon lamang ilang mga substrate kung saan maaaring ideposito ang graphene sa ganitong paraan. Maaari mong bawasan ang graphene oxide sa pamamagitan ng kemikal, ngunit kung gagawin mo ito, magkakaroon ka ng mahinang kalidad na graphene. Maaari ka ring gumawa ng graphene sa pamamagitan ng mekanikal na pag-exfoliation , ngunit hindi ito nagpapahintulot sa iyo na kontrolin ang laki o kapal ng graphene na iyong ginawa.
Dito pumapasok ang mga pag-unlad sa laser-engraved graphene. Mayroong dalawang pangunahing paraan upang makamit ito. Ang isa ay magsimula sa graphene oxide. Katulad ng dati: kukuha ka ng graphite at i-oxidize ito, ngunit sa halip na bawasan ito ng kemikal, binabawasan mo ito na may laser.Hindi tulad ng graphene oxide na pinababa ng kemikal, ito ay isang de-kalidad na produkto na maaaring gamitin sa mga supercapacitor, electronic circuit, at memory card, bukod sa iba pa.
Maaari mo ring gamitin ang polyimide, isang plastic na may mataas na temperatura, at pattern na graphene nang direkta gamit ang isang laser. Sinisira ng laser ang mga chemical bond sa polyimide network, at ang mga carbon atom ay thermally na inaayos ang kanilang mga sarili upang bumuo ng manipis at mataas na kalidad na mga graphene sheet. Ang Polyimide ay nagpakita isang tonelada ng mga potensyal na aplikasyon, dahil kung maaari kang mag-ukit ng mga graphene circuit dito, maaari mong gawing mga naisusuot na electronics ang anumang hugis ng polyimide. Ang mga ito, bilang ilan, ay kinabibilangan ng:
Ngunit marahil ang pinakakapana-panabik—dahil sa paglitaw, pagsikat, at ubiquity ng mga bagong tuklas ng laser-engraved graphene—ay nasa abot-tanaw ng kung ano ang posible sa kasalukuyan. Gamit ang laser-engraved graphene, maaari kang mag-ani at mag-imbak ng enerhiya: isang device na nagkokontrol ng enerhiya .Isa sa mga pinakakakila-kilabot na halimbawa ng teknolohiyang hindi umuunlad ay ang mga baterya. Ngayon, halos gumagamit na tayo ng mga dry cell chemistries upang mag-imbak ng elektrikal na enerhiya, isang siglong gulang na teknolohiya. Mga prototype ng mga bagong storage device, tulad ng mga zinc-air na baterya at solid-state flexible electrochemical capacitors, ay nilikha.
Sa laser-engraved graphene, hindi lang natin mababago ang paraan ng pag-iimbak ng enerhiya, ngunit maaari rin tayong gumawa ng mga naisusuot na device na nagko-convert ng mekanikal na enerhiya sa kuryente: mga triboelectric nanogenerators. Makakagawa tayo ng mga kahanga-hangang organikong photovoltaic na may potensyal na baguhin ang solar energy. We maaari ring gumawa ng mga flexible biofuel cell; napakalaki ng mga posibilidad. Sa mga hangganan ng pagkolekta at pag-iimbak ng enerhiya, ang mga rebolusyon ay nasa maikling panahon.
Higit pa rito, ang laser-engraved graphene ay dapat maghatid sa isang panahon ng mga hindi pa nagagawang sensor. Kabilang dito ang mga pisikal na sensor, dahil ang mga pisikal na pagbabago (tulad ng temperatura o strain) ay nagdudulot ng mga pagbabago sa mga katangiang elektrikal gaya ng resistensya at impedance (na kinabibilangan din ng mga kontribusyon ng capacitance at inductance ).Kabilang din dito ang mga device na nakakatuklas ng mga pagbabago sa mga katangian ng gas at halumigmig, at – kapag inilapat sa katawan ng tao – mga pisikal na pagbabago sa vital sign ng isang tao. paglalagay lamang ng patch ng pagsubaybay sa mahahalagang palatandaan na agad na nag-aalerto sa atin sa anumang nakababahalang pagbabago sa ating mga katawan.
Ang linya ng pag-iisip na ito ay maaari ding magbukas ng isang bagong larangan: mga biosensor batay sa teknolohiyang laser-engraved graphene. Ang isang artipisyal na lalamunan batay sa laser-engraved graphene ay maaaring makatulong sa pagsubaybay sa mga vibrations ng lalamunan, pagtukoy ng mga pagkakaiba ng signal sa pagitan ng pag-ubo, paghiging, pagsigaw, paglunok, at pagtango galaw.Ang laser-engraved graphene ay may malaking potensyal din kung gusto mong lumikha ng isang artipisyal na bioreceptor na maaaring mag-target ng mga partikular na molekula, magdisenyo ng iba't ibang naisusuot na biosensor, o kahit na tumulong na paganahin ang iba't ibang mga aplikasyon ng telemedicine.
Noon lamang 2004 na ang isang paraan ng paggawa ng mga graphene sheet, kahit na sinasadya, ay unang binuo. Sa loob ng 17 taon mula noon, isang serye ng magkakatulad na pagsulong ang sa wakas ay nagdala sa harapan ng posibilidad na baguhin ang paraan ng pakikipag-ugnayan ng mga tao sa electronics. Kung ikukumpara sa lahat ng umiiral na paraan ng paggawa at paggawa ng mga device na nakabatay sa graphene, binibigyang-daan ng laser-engraved graphene ang simple, mass-producible, mataas na kalidad, at murang mga pattern ng graphene sa iba't ibang mga application kabilang ang pagbabago ng skin electronics.
Sa malapit na hinaharap, makatuwirang asahan ang mga pagsulong sa sektor ng enerhiya, kabilang ang kontrol sa enerhiya, pag-aani ng enerhiya, at pag-iimbak ng enerhiya. Gayundin sa malapit na panahon ay ang mga pag-unlad sa mga sensor, kabilang ang mga pisikal na sensor, gas sensor, at maging ang mga biosensor. Ang pinakamalaking ang rebolusyon ay malamang na magmumula sa mga naisusuot, kabilang ang mga device para sa diagnostic telemedicine application. Para makasigurado, maraming hamon at balakid ang nananatili. Ngunit ang mga hadlang na ito ay nangangailangan ng incremental kaysa sa mga rebolusyonaryong pagpapabuti. Habang ang mga konektadong device at ang Internet of Things ay patuloy na lumalaki, ang pangangailangan para sa ang ultra-small electronics ay mas malaki kaysa dati. Sa mga pinakabagong pag-unlad sa teknolohiya ng graphene, narito na ang hinaharap sa maraming paraan.