Gotovo sve sa čime se susrećemo u modernom svijetu u određenoj mjeri se oslanja na elektronske proizvode.Otkako smo prvi put otkrili kako koristiti električnu energiju za stvaranje mehaničkog rada, stvorili smo uređaje svih veličina kako bismo poboljšali svoje živote.Od svjetala do pametnih telefona, svaki uređaj koji razvijemo sastoji se od samo nekoliko jednostavnih komponenti, koje su spojene u različite konfiguracije.Zapravo, više od jednog veka oslanjamo se na:
Naša moderna elektronska revolucija se oslanja na ove četiri vrste komponenti i kasnijih tranzistora, donoseći nam gotovo sve što danas koristimo.Dok se utrkujemo da minijaturiziramo elektronske uređaje, pratimo sve više i više aspekata naših života i stvarnosti, prenosimo više podataka s manje energije i povezujemo svoje uređaje jedni s drugima, uskoro ćemo se susresti s ovim klasičnim ograničenjem.tehnologije.Ali na početku 21. vijeka, pet napretka se spaja, i oni su počeli mijenjati naš moderni svijet.Evo šta se sve dešava.
1.) Razvoj grafena.Među svim materijalima koji se nalaze u prirodi ili stvoreni u laboratoriju, dijamant više nije najtvrđi materijal.Šest je tvrđih, a najteži je grafen.Grafen koji je slučajno odvojen u laboratoriji 2004. godine je ugljični list od jednog atoma koji je spojen zajedno u heksagonalni kristalni uzorak.Samo šest godina nakon ovog napretka, njegovi otkrivači Andrej Hajm i Kostja Novoselov dobili su Nobelovu nagradu za fiziku.Ne samo da je to najtvrđi materijal ikada i nevjerovatno je otporan na fizička, kemijska i toplinska opterećenja, već je zaista savršena atomska rešetka.
"Možda smo na ivici još jedne minijaturizacije elektronskih proizvoda, što će kompjutere učiniti efikasnijim u budućnosti."
Grafen takođe ima fascinantna provodljiva svojstva, što znači da kada bi se elektronski uređaji, uključujući tranzistori, mogli napraviti od grafena umesto od silicijuma, mogli bi biti manji i brži od bilo čega što imamo danas.Ako se grafen pomiješa u plastiku, plastika se može transformirati u toplinski otporan, jači materijal i može provoditi električnu energiju.Osim toga, transparentnost grafena prema svjetlosti je oko 98%, što znači da je revolucionaran za transparentne ekrane osjetljive na dodir, panele koji emituju svjetlost, pa čak i solarne ćelije.Kao što je Nobelova fondacija rekla prije 11 godina, "Možda smo na ivici minijaturizacije još jednog elektronskog proizvoda, koji će kompjutere učiniti efikasnijim u budućnosti."
2.) Otpornici za površinsku montažu.Ovo je najstarija "nova tehnologija" i svako ko je ikada analizirao kompjuter ili mobilni telefon možda je upoznat sa njom.Otpornik za površinsku montažu je mali pravokutni predmet, obično napravljen od keramike, s vodljivim rubovima na oba kraja.Razvoj keramike može spriječiti protok struje bez rasipanja snage ili zagrijavanja, čime se mogu stvoriti otpornici koji su superiorniji od starijih tradicionalnih otpornika koji su se ranije koristili: aksijalnih olovnih otpornika.
Ove karakteristike čine ih vrlo pogodnim za moderne elektronske uređaje, posebno za male uređaje i mobilne uređaje.Ako vam je potreban otpornik, možete koristiti jedan od ovih SMD-ova (uređaja za površinsku montažu) da smanjite veličinu koja vam je potrebna za otpornik ili povećate snagu koju možete primijeniti na njih unutar iste granice veličine.
3.) Super kondenzator.Kondenzatori su jedna od najstarijih elektronskih tehnologija.Zasnovani su na jednostavnoj postavci u kojoj su dvije vodljive površine (ploče, cilindri, sferne školjke, itd.) odvojene jedna od druge na maloj udaljenosti, a ove dvije površine mogu održavati jednaka i suprotna naelektrisanja.Kada pokušate proći struju kroz kondenzator, on se puni;kada isključite struju ili spojite dvije ploče, kondenzator se prazni.Kondenzatori imaju širok raspon primjena, uključujući skladištenje energije, brze rafale jednokratnog oslobađanja energije i piezoelektričnu elektroniku, gdje promjene pritiska uređaja stvaraju elektronske signale.
Naravno, nije samo izazovno proizvesti više ploča s vrlo malim razmakom u vrlo, vrlo malom obimu, već je i fundamentalno ograničeno.Najnovija dostignuća u materijalima – posebno kalcijum bakar titanat (CCTO) – omogućavaju skladištenje velikih količina električnog naboja u malim prostorima: superkondenzatorima.Ovi minijaturni uređaji mogu se puniti i prazniti mnogo puta prije nego što se istroše;brže se pune i prazne;i pohranjuju 100 puta više energije po jedinici zapremine od starijih kondenzatora.Što se tiče minijaturnih elektronskih proizvoda, oni su tehnologija koja menja igru.
4.) Super induktori.Posljednji od "velike trojke", Super Inductor je najnoviji učesnik, koji je realizovan tek 2018. Induktor je u osnovi kalem, struja i magnetizirajuće jezgro koji se koriste zajedno.Induktor se protivi promjeni svog unutrašnjeg magnetskog polja, što znači da ako pokušate pustiti struju da teče kroz jedno, on će se opirati neko vrijeme, zatim pustiti struju da slobodno teče kroz njega, i na kraju se opet odupirati ovoj promjeni kada okrenete struja isključena.Zajedno sa otpornicima i kondenzatorima, oni su tri osnovna elementa svih kola.Ali opet, postoji granica koliko mali mogu postati.
Problem je u tome što vrijednost induktivnosti ovisi o površini induktora, što je ubica snova u smislu minijaturizacije.Međutim, pored klasičnog magnetskog smisla, postoji i koncept kretanja: inercija čestica koje nose struju ometa promenu njihovog kretanja.Baš kao što mravi u liniji moraju "razgovarati" jedni s drugima da bi promijenili svoju brzinu, ove čestice koje nose struju (kao što su elektroni) moraju primijeniti silu jedni na druge kako bi ubrzale ili usporile.Ovaj otpor promjenama stvara osjećaj kretanja.Pod vodstvom Laboratorije za istraživanje nanoelektronike Kaustava Banerjeea, razvijen je dinamički induktor koji koristi tehnologiju grafena: materijal s najvećom gustinom induktivnosti ikada.
5.) Stavite grafen u bilo koji uređaj.Sada da napravimo inventar.Imamo grafen.Imamo "super" verzije otpornika, kondenzatora i induktora - minijaturne, robusne, pouzdane i efikasne.Barem u teoriji, posljednja prepreka revoluciji u ultra-minijaturizaciji elektronike je mogućnost pretvaranja gotovo svakog uređaja napravljenog od bilo kojeg materijala u elektronički uređaj.Da bismo to učinili mogućim, sve što nam treba je da budemo u mogućnosti da ugradimo elektronske uređaje zasnovane na grafenu u bilo koju vrstu materijala koji želimo, uključujući fleksibilne materijale.Činjenica da grafen pruža dobru fluidnost, fleksibilnost, snagu i provodljivost, a pritom je bezopasan za ljudsko tijelo, čini ga idealnim izborom za ovu svrhu.
U posljednjih nekoliko godina grafen i grafenska oprema proizvedeni su samo kroz nekoliko procesa koji imaju značajna ograničenja.Možete oksidirati obični stari grafit, zatim ga otopiti u vodi, a zatim napraviti grafen hemijskim taloženjem pare.Međutim, samo nekoliko supstrata može taložiti grafen na ovaj način.Možete hemijski smanjiti grafen oksid, ali ako to učinite, na kraju ćete dobiti grafen lošeg kvaliteta.Grafen možete proizvesti i mehaničkim pilingom, ali to vam ne dozvoljava da kontrolirate veličinu ili debljinu proizvedenog grafena.
Tu leži napredak laserskog graviranja grafena.Postoje dva glavna načina da se to postigne.Jedan je da počnemo s grafen oksidom.Isto kao i prije: oksidirate grafit, ali umjesto da ga kemijski redukujete, reducirate ga laserom.Za razliku od hemijski redukovanog grafenskog oksida, ovo stvara visokokvalitetan proizvod koji se može koristiti u superkondenzatorima, elektronskim kolima i memorijskim karticama, da spomenemo samo neke.
Također možete koristiti poliimid – plastiku visoke temperature – i koristiti laser za crtanje grafena direktno na njemu.Laser razbija kemijske veze u poliimidnoj mreži, a atomi ugljika se rekombinuju kroz toplinu kako bi formirali tanak, visokokvalitetni list grafena.Poliimid je demonstrirao veliki broj potencijalnih primjena, jer ako možete ugravirati grafenska kola na njega, u osnovi možete pretvoriti bilo koji oblik poliimida u nosivi elektronički uređaj.Ovo, da spomenemo samo neke, uključuje:
Ali možda je najuzbudljivija stvar – s obzirom na pojavu i uspon laserski ugraviranog grafena i sveprisutnost novih otkrića – na horizontu što je trenutno moguće.Koristeći laserski gravirani grafen, možete sakupljati i skladištiti energiju: uređaj za kontrolu energije.Jedan od najšokantnijih primjera tehnološkog neuspjeha su baterije.Danas skoro da koristimo hemijske baterije sa suhim ćelijama za skladištenje električne energije, što je tehnologija koja ima istoriju dugu stotinama godina.Stvoreni su prototipovi novih uređaja za skladištenje podataka, kao što su cink-vazdušne baterije i čvrsti fleksibilni elektrohemijski kondenzatori.
Koristeći laserski gravirani grafen, ne samo da možemo u potpunosti promijeniti način na koji pohranjujemo energiju, već i stvoriti nosivi uređaj koji pretvara mehaničku energiju u električnu energiju: nanogenerator trenja.Možemo stvoriti odličnu organsku fotonaponsku opremu, koja može u potpunosti promijeniti solarnu energiju.Takođe možemo napraviti fleksibilne ćelije za biogorivo;mogućnosti su ogromne.U pogledu prikupljanja i skladištenja energije, revolucija će se dogoditi u kratkom roku.
Osim toga, laserski ugravirani grafen trebao bi uvesti eru senzora bez presedana.Ovo uključuje fizičke senzore, jer fizičke promjene, kao što su temperatura ili naprezanje, mogu dovesti do promjena u električnim karakteristikama, kao što su otpor i impedansa (uključujući doprinos kapacitivnosti i induktivnosti).Takođe uključuje uređaje koji detektuju promene u karakteristikama gasa i vlažnosti, i — kada se primenjuju na ljudsko telo — fizičke promene u nečijim vitalnim znacima.Na primjer, "Zvjezdane staze" inspirirale su ideju o triaksijalnom instrumentu, sve dok je flaster za praćenje vitalnih znakova jednostavno instaliran, odmah će nas podsjetiti na sve zabrinjavajuće promjene u tijelu, koje će uskoro zastarjeti.
Ova ideja takođe može otvoriti potpuno novo polje: biosenzore zasnovane na tehnologiji laserskog graviranja grafena.Umjetno grlo bazirano na laserski graviranom grafenu može pomoći u praćenju vibracija grla i identificiranju signalnih razlika između kašljanja, pjevušenja, vrištanja, gutanja i klimanja.Ako želite stvoriti umjetni bioreceptor koji može ciljati određene molekule, dizajnirati različite nosive biosenzore, pa čak i pomoći u realizaciji različitih telemedicinskih aplikacija, laserski gravirani grafen također ima veliki potencijal.
Tek 2004. godine prvi put je razvijena metoda proizvodnje grafenskih listova, barem namjerno.U narednih 17 godina, niz paralelnih napretka konačno je u prvi plan stavio mogućnost potpune promjene načina na koji ljudi komuniciraju s elektronskim uređajima.U poređenju sa svim prethodnim metodama proizvodnje i proizvodnje uređaja zasnovanih na grafenu, laserski ugravirani grafen omogućava jednostavne, masovno proizvedene, visokokvalitetne i jeftine uzorke grafena u različitim aplikacijama, uključujući elektroniku kože.promijeniti.
U bliskoj budućnosti, nije nerazumno očekivati napredak u energetskom sektoru, uključujući kontrolu energije, prikupljanje energije i skladištenje energije.U bliskoj budućnosti, također postoji napredak u senzorima, uključujući fizičke senzore, plinske senzore, pa čak i biosenzore.Najveća revolucija može doći od nosivih uređaja, uključujući one koji se koriste za dijagnosticiranje telemedicinskih aplikacija.Da budemo sigurni, još uvijek ima mnogo izazova i prepreka.Ali ove prepreke zahtijevaju postepeno, a ne revolucionarno poboljšanje.Uz kontinuirani razvoj povezanih uređaja i interneta stvari, potražnja za ultra-malim elektronskim proizvodima veća je nego ikad.Sa najnovijim dostignućima u tehnologiji grafena, na mnogo načina, budućnost je stigla.
Novi tip prečistača vode koji može jednostavno i brzo prečistiti riječnu vodu pomoći će u rješavanju globalnog problema nestašice vode za piće.
Vrijeme objave: Feb-11-2020