жаңылыктар

Заманбап дүйнөдө жолуккан дээрлик бардык нерселер кандайдыр бир деңгээлде электроникага көз каранды. Механикалык иштерди иштеп чыгуу үчүн электр энергиясын кантип колдонууну биринчи жолу тапкандан бери жашообузду техникалык жактан жакшыртуу үчүн чоң жана кичине түзүлүштөрдү жараттык. Электр жарыгынан смартфондорго чейин, ар бир аппарат биз иштеп чыгуу ар кандай конфигурацияларда бириктирилген бир нече жөнөкөй компоненттерден турат.Чындыгында, биз бир кылымдан ашык убакыттан бери таянып келебиз:
Биздин заманбап электроника революциясы ушул төрт түрдөгү компоненттерге, ошондой эле кийинчерээк транзисторлорго таянат, алар бизге бүгүн колдонгон дээрлик бардыгын алып келүүдө. Электрондук шаймандарды кичирейтүү, жашообуздун жана реалдуулуктун барган сайын көбүрөөк аспектилерин көзөмөлдөө үчүн жарышып, көбүрөөк маалыматтарды берүү менен азыраак кубаттуулукта жана түзмөктөрүбүздү бири-бирибизге туташтырганда, биз бул классикалык чектөөлөргө бат эле туш болобуз. Технология. Бирок, 2000-жылдардын башында беш прогресстин баары биригип, биздин заманбап дүйнөбүздү өзгөртө башташты. Мына ушунун баары ушундай болду.
1.) Графенди иштеп чыгуу. Жаратылышта табылган же лабораторияда жаратылган бардык материалдардын ичинен алмаз эң катуу материал болбой калды. Алтоо кыйыныраак, эң кыйыны графен. 2004-жылы графен, көмүртектин атомдук катмары. алты бурчтуу кристалл формасында бириктирилген, кокусунан лабораторияда изоляцияланган. Бул жетишкендиктен алты жыл өткөндөн кийин аны ачкандар Андрей Хейм менен Костя Новоселов физика боюнча Нобель сыйлыгына татыктуу болушкан. физикалык, химиялык жана жылуулук стресс, бирок бул чындыгында атомдордун кемчиликсиз бир тор болуп саналат.
Графендин укмуштуудай өткөргүч касиеттери да бар, демек, эгерде электрондук аппараттар, анын ичинде транзисторлор кремнийдин ордуна графенден жасалса, алар азыркы бизде болгон бардык нерседен кичине жана ылдамыраак болушу мүмкүн. ысыкка чыдамдуу, күчтүүрөөк материал, ал электр тогун да өткөрөт. Мындан тышкары, графен жарыкка 98% тунук, бул тунук сенсордук экрандар, жарык берүүчү панелдер жана ал тургай күн батареялары үчүн революциялык мааниге ээ. мурун, "балким, биз келечекте компьютерлердин натыйжалуураак болушуна алып келе турган электрониканын дагы бир кичирейтүүсүнүн алдында турабыз."
2.) Үстүнө орнотулган резисторлор. Бул эң эски "жаңы" технология жана компьютерди же уюлдук телефонду кесип алгандардын баарына тааныш болсо керек. Үстүнө орнотулган резистор – бул кичинекей тик бурчтуу объект, адатта керамикадан жасалган, эки жагында тең өткөрүүчү четтери бар. Токтун агымына көп күч-кубатты же жылуулукту кетирбестен каршы турган керамика өндүрүшүнүн өнүгүшү мурда колдонулган эски салттуу резисторлордон жогору турган резисторлорду түзүүгө мүмкүндүк берди: октук коргошун резисторлор.
Бул касиеттери аны заманбап электроникада, өзгөчө аз кубаттуулукта жана мобилдик түзмөктөрдө колдонуу үчүн идеалдуу кылат. Эгер сизге резистор керек болсо, сиз резисторлор үчүн керектүү өлчөмдөрдү азайтуу же көбөйтүү үчүн бул SMDлардын бирин (үстүнө орнотуучу түзүлүштөрдү) колдонсоңуз болот. ошол эле өлчөмдөгү чектөөлөр ичинде аларга колдоно аласыз күч.
3.) Суперконденсаторлор. Конденсаторлор эң эски электрондук технологиялардын бири болуп саналат. Алар эки өткөрүүчү беттер (плиталар, цилиндрлер, сфералык кабыктар ж. беттер бирдей жана карама-каршы заряддарды кармап турууга жөндөмдүү. Сиз конденсатор аркылуу ток өткөрүүгө аракет кылганыңызда, ал заряддалат жана токту өчүргөндө же эки плитаны туташтырганда конденсатор разряддалат. Конденсаторлордун кеңири спектри бар, анын ичинде энергияны сактоо, а бошотулган энергиянын тез жарылуусу жана пьезоэлектрикалык электроника, мында аппараттын басымынын өзгөрүшү электрдик сигналдарды жаратат.
Албетте, өтө кичинекей аралыкта бөлүнгөн бир нече плиталарды жасоо татаал гана эмес, бирок түп-тамырынан бери чектелген. Материалдардагы акыркы жетишкендиктер, айрыкча кальций жез титанаты (CCTO) кичинекей мейкиндиктерде чоң өлчөмдөгү зарядды сактай алат: суперконденсаторлор. Бул кичирейтилген аппараттар эскиргенге чейин бир нече жолу кубатталып, кубатталып калышы мүмкүн; тезирээк заряддоо жана разряд; жана эски конденсаторлордун көлөмүнүн бирдигине энергияны 100 эсе көп сактайт. Алар электрониканы кичирейтүүгө келгенде оюнду өзгөртүүчү технология.
4.) Супер индукторлор. "Чоң үчөөнүн" акыркысы катары супериндуктор 2018-жылга чейин эң акыркы оюнчу болуп саналат. Индуктор негизинен магниттелүүчү өзөк менен колдонулган ток менен катушка. Индукторлор ички магниттик өзгөрүүлөргө каршы турушат. талаа, башкача айтканда, эгер сиз ал аркылуу токтун өтүшүнө жол берсеңиз, ал бир аз убакытка чейин туруштук берет, андан кийин токтун ал аркылуу эркин өтүшүнө мүмкүндүк берет жана токту өчүргөндө кайра өзгөрүүлөргө каршы турат. Резисторлор жана конденсаторлор менен бирге алар бардык схемалардын үч негизги элементи. Бирок дагы бир жолу, алар канчалык кичинекей болушу мүмкүн экенинде чек бар.
Маселе индуктивдүүлүктүн мааниси индуктордун бетинин аянтына көз каранды, ал миниатюризациялоо боюнча кыялдануучу өлтүргүч. Бирок классикалык магниттик индуктивдүүлүктөн тышкары, кинетикалык энергиянын индуктивдүүлүгү түшүнүгү да бар: ток алып жүрүүчү бөлүкчөлөр кыймылынын өзгөрүшүнө тоскоол болушат. Бир саптагы кумурскалар ылдамдыгын өзгөртүү үчүн бири-бири менен «сүйлөшүшү» керек болгондой эле, бул ток алып жүрүүчү бөлүкчөлөр да электрондор сыяктуу ылдамдыкты жогорулатуу үчүн бири-бирине күч көрсөтүшү керек. же жайлатыңыз. Өзгөрүүгө бул каршылык кыймыл сезимин жаратат. Каустав Банерджинин наноэлектроника изилдөө лабораториясынын жетекчилиги астында азыр графен технологиясын колдонгон кинетикалык энергия индуктору иштелип чыкты: эң жогорку индуктивдүү тыгыздык материал.
5.) Каалаган түзмөккө графенди салыңыз. Эми эсепке алалы. Бизде графен бар. Бизде резисторлордун, конденсаторлордун жана индукторлордун “супер” версиялары бар – кичирейтилген, бышык, ишенимдүү жана эффективдүү. Электроникадагы ультра миниатюризация революциясындагы акыркы тоскоолдук , жок дегенде теориялык жактан алганда, бул кандайдыр бир түзүлүштү (дээрлик бардык материалдан жасалган) электрондук түзүлүшкө айландыруу жөндөмү. Муну мүмкүн кылуу үчүн бизге графенге негизделген электрониканы биз каалаган материалдын түрүнө киргизүү мүмкүнчүлүгү гана керек. анын ичинде ийкемдүү материалдар. Графен жакшы суюктукка, ийкемдүүлүккө, күчкө жана өткөргүчтүккө ээ болгону менен, адамдар үчүн зыянсыз болгондуктан, аны бул максат үчүн идеалдуу кылат.
Акыркы бир нече жылда графен жана графен аппараттары бир нече процесстер аркылуу гана жетишилген жол менен жасалды, алар бир топ катаал. Сиз жөнөкөй эски графитти кычкылдандырып, аны сууда эритип, химиялык буу менен графен жасай аласыз. deposition.However, графен ушундай жол менен жайгаштырылышы мүмкүн болгон бир нече гана субстрат бар. Сиз графен кычкылын химиялык жол менен азайта аласыз, бирок муну кылсаңыз, сапатсыз графенге ээ болосуз. Сиз ошондой эле механикалык пилинг аркылуу графенди чыгара аласыз. , бирок бул сиз өндүргөн графендин өлчөмүн же калыңдыгын көзөмөлдөөгө мүмкүндүк бербейт.
Бул жерде лазер менен чегилген графендеги жетишкендиктер кирет. Буга жетишүүнүн эки негизги жолу бар. Бири графен кычкылынан баштоо. Мурдагыдай эле: сиз графитти алып, аны кычкылдантасыз, бирок аны химиялык жактан азайтуунун ордуна, аны азайтасыз. лазер менен. Химиялык жактан кыскартылган графен оксидинен айырмаланып, бул суперконденсаторлордо, электрондук схемаларда жана эстутум карталарында жана башкаларда колдонула турган жогорку сапаттагы продукт.
Сиз ошондой эле полиимидди, жогорку температурадагы пластикти жана графен үлгүсүн түздөн-түз лазер менен колдонсоңуз болот. Лазер полиимиддик тармактагы химиялык байланыштарды үзөт жана көмүртек атомдору жука, жогорку сапаттагы графен барактарын пайда кылуу үчүн термикалык түрдө кайра түзүлөт. Полимид көрсөттү бир тонна потенциалдуу тиркемелер, анткени ага графен схемаларын оюп алсаңыз, негизинен полиимиддин каалаган формасын кийилүүчү электроникага айландырсаңыз болот. Аларга, бир нечесин айтсак, төмөнкүлөр кирет:
Бирок, балким, эң кызыктуусу — лазердик гравировкаланган графендин жаңы ачылыштарынын пайда болушун, өсүшүн жана бардык жерде болушун эске алганда — азыркы учурда мүмкүн боло турган горизонтто. .Технологиянын илгерилебей жаткандыгынын эң коркунучтуу мисалдарынын бири - бул батареялар. Бүгүнкү күндө биз дээрлик кургак клетка химиясын электр энергиясын сактоо үчүн колдонобуз, бул кылымдар бою сакталган технология. Цинк-аба батареялары жана катуу абал сыяктуу жаңы сактоочу шаймандардын прототиптери. ийкемдүү электрохимиялык конденсаторлор түзүлдү.
Лазердик гравировкаланган графен менен биз энергияны сактоо ыкмасын гана өзгөртпөстөн, механикалык энергияны электр энергиясына айландырган тагынуучу түзүлүштөрдү да түзө алабыз: triboelectric nanogenerators.Биз күн энергиясын революция кыла турган кереметтүү органикалык фотоэлектрди түзө алабыз. ошондой эле ийкемдүү биоотун клеткаларын жасай алат; мүмкүнчүлүктөр абдан чоң. Энергияны чогултуу жана сактоо чектеринде революциялардын бардыгы кыска мөөнөттө.
Андан тышкары, лазер менен чегилген графен болуп көрбөгөндөй сенсорлордун доорун башташы керек. Буга физикалык сенсорлор кирет, анткени физикалык өзгөрүүлөр (температура же штамм сыяктуу) каршылык жана импеданс сыяктуу электрдик касиеттердин өзгөрүшүнө алып келет (ошондой эле сыйымдуулуктун жана индуктивдүүлүктүн салымдарын камтыйт) ).Ошондой эле ага газ касиеттеринин жана нымдуулуктун өзгөрүшүн аныктоочу жана – адамдын денесине колдонгондо – кимдир-бирөөнүн маанилүү белгилеринин физикалык өзгөрүүлөрүн аныктоочу түзүлүштөр кирет. Мисалы, Star Trek-тен шыктанган трикордер идеясы тез эле эскирип калышы мүмкүн. жөн гана денебиздеги кандайдыр бир кооптуу өзгөрүүлөр жөнүндө бизге дароо эскерткен маанилүү белгилерди көзөмөлдөөчү патчты тиркөө.
Бул ой жүгүртүү линиясы дагы жаңы чөйрөнү ачышы мүмкүн: лазер менен чегилген графен технологиясына негизделген биосенсорлор. Лазердик графенге негизделген жасалма тамак жөтөлүү, ызылдоо, кыйкырык, жутуу жана баш ийкеп коюунун ортосундагы сигналдын айырмачылыктарын аныктоого жардам берет. кыймылдар.Лазердик гравировкаланган графен да чоң потенциалга ээ, эгерде сиз конкреттүү молекулаларды бутага ала турган, ар кандай тагынуучу биосенсорлорду долбоорлой турган, ал тургай ар кандай телемедициналык тиркемелерди иштетүүгө жардам бере турган жасалма биорецепторду түзгүңүз келсе.
2004-жылга чейин, жок эле дегенде, атайылап, графен барактарды өндүрүү ыкмасы биринчи жолу иштелип чыккан. Андан бери 17 жыл ичинде бир катар параллелдүү жетишкендиктер акыры адамдардын электроника менен өз ара аракеттенүүсүн революция кылуу мүмкүнчүлүгүн биринчи планга чыгарды. Графенге негизделген түзүлүштөрдү өндүрүүнүн жана жасоонун бардык учурдагы ыкмаларына салыштырмалуу, лазердик гравировкаланган графен ар кандай тиркемелерде, анын ичинде тери электроникасын өзгөртүүдө жөнөкөй, массалык түрдө чыгарыла турган, сапаттуу жана арзан графен үлгүлөрүн алууга мүмкүнчүлүк берет.
Жакынкы келечекте энергетика тармагындагы жылыштарды күтүү жөндүү, анын ичинде энергияны көзөмөлдөө, энергияны жыйноо жана энергияны сактоо. Ошондой эле жакынкы келечекте сенсорлордо, анын ичинде физикалык сенсорлордо, газ сенсорлорунда жана ал тургай биосенсорлордо да жетишкендиктер болот. төңкөрүш кийүүчү шаймандардан, анын ичинде диагностикалык телемедицина колдонмолору үчүн түзмөктөрдөн болушу мүмкүн. Албетте, көптөгөн кыйынчылыктар жана тоскоолдуктар сакталып турат. Бирок бул тоскоолдуктар революциялык эмес, этаптуу жакшыртууну талап кылат. Туташкан түзмөктөр жана нерселердин интернети өсүп жаткан сайын, ультра кичинекей электроника болуп көрбөгөндөй чоң. Графен технологиясынын акыркы жетишкендиктери менен келечек көп жагынан бул жерде.