Νέα

Σχεδόν όλα όσα συναντάμε στον σύγχρονο κόσμο βασίζονται σε κάποιο βαθμό στα ηλεκτρονικά. Από τότε που ανακαλύψαμε για πρώτη φορά πώς να χρησιμοποιούμε ηλεκτρική ενέργεια για να παράγουμε μηχανικό έργο, δημιουργήσαμε συσκευές μεγάλες και μικρές για να βελτιώσουμε τεχνικά τη ζωή μας. Από ηλεκτρικά φώτα μέχρι smartphone, κάθε συσκευή που αναπτύσσουμε αποτελείται από μερικά απλά εξαρτήματα ραμμένα μεταξύ τους σε διάφορες διαμορφώσεις. Στην πραγματικότητα, για πάνω από έναν αιώνα, βασιζόμαστε σε:
Η σύγχρονη επανάσταση των ηλεκτρονικών μας βασίζεται σε αυτούς τους τέσσερις τύπους εξαρτημάτων, συν – αργότερα – στα τρανζίστορ, για να μας φέρουν σχεδόν όλα όσα χρησιμοποιούμε σήμερα. λιγότερη ισχύ και συνδέουμε τις συσκευές μας μεταξύ τους, συναντάμε γρήγορα αυτά τα όρια των κλασικών. Τεχνολογία. Όμως, στις αρχές της δεκαετίας του 2000, πέντε εξελίξεις συνδυάστηκαν όλες και άρχισαν να μεταμορφώνουν τον σύγχρονο κόσμο μας. Δείτε πώς πήγαν όλα.
1.) Ανάπτυξη του γραφενίου. Από όλα τα υλικά που βρέθηκαν στη φύση ή δημιουργήθηκαν στο εργαστήριο, το διαμάντι δεν είναι πλέον το σκληρότερο υλικό. Υπάρχουν έξι σκληρότερα, το πιο σκληρό είναι το γραφένιο. Το 2004, το γραφένιο, ένα φύλλο άνθρακα με πάχος ατόμου κλειδωμένοι μαζί σε ένα εξαγωνικό μοτίβο κρυστάλλου, απομονώθηκε κατά λάθος στο εργαστήριο.Μόλις έξι χρόνια μετά από αυτή την πρόοδο, οι ανακαλυπτές του Andrei Heim και Kostya Novoselov τιμήθηκαν με το Νόμπελ Φυσικής. Όχι μόνο είναι το πιο σκληρό υλικό που έχει κατασκευαστεί ποτέ, αλλά και απίστευτα ανθεκτικό σε φυσική, χημική και θερμική καταπόνηση, αλλά στην πραγματικότητα είναι ένα τέλειο πλέγμα ατόμων.
Το γραφένιο έχει επίσης συναρπαστικές αγώγιμες ιδιότητες, πράγμα που σημαίνει ότι εάν οι ηλεκτρονικές συσκευές, συμπεριλαμβανομένων των τρανζίστορ, μπορούσαν να κατασκευαστούν από γραφένιο αντί από πυρίτιο, θα μπορούσαν ενδεχομένως να είναι μικρότερες και ταχύτερες από οτιδήποτε έχουμε σήμερα. Εάν το γραφένιο αναμιχθεί σε πλαστικό, μπορεί να μετατραπεί σε ένα ανθεκτικό στη θερμότητα, ισχυρότερο υλικό που μεταφέρει επίσης ηλεκτρισμό. Επιπλέον, το γραφένιο είναι περίπου 98% διαφανές στο φως, πράγμα που σημαίνει ότι είναι επαναστατικό για διαφανείς οθόνες αφής, πάνελ που εκπέμπουν φως και ακόμη και ηλιακά κύτταρα. Όπως το έβαλε το Ίδρυμα Νόμπελ 11 χρόνια πριν, «ίσως βρισκόμαστε στα πρόθυρα μιας άλλης μικρογραφίας των ηλεκτρονικών που θα οδηγήσει σε πιο αποδοτικούς υπολογιστές στο μέλλον».
2.) Αντιστάσεις επιφανειακής στήριξης. Αυτή είναι η παλαιότερη «νέα» τεχνολογία και είναι πιθανώς γνωστή σε όποιον έχει ανατομεύσει υπολογιστή ή κινητό τηλέφωνο. Μια αντίσταση επιφανειακής βάσης είναι ένα μικροσκοπικό ορθογώνιο αντικείμενο, συνήθως κατασκευασμένο από κεραμικό, με αγώγιμα άκρα και στα δύο Τέλος. Η ανάπτυξη κεραμικών, που αντιστέκονται στη ροή του ρεύματος χωρίς να διαχέουν πολλή ισχύ ή θερμότητα, κατέστησε δυνατή τη δημιουργία αντιστάσεων που είναι ανώτερες από τις παλαιότερες παραδοσιακές αντιστάσεις που χρησιμοποιήθηκαν πριν: αξονικές αντιστάσεις μολύβδου.
Αυτές οι ιδιότητες το καθιστούν ιδανικό για χρήση σε σύγχρονα ηλεκτρονικά, ειδικά σε συσκευές χαμηλής κατανάλωσης και σε φορητές συσκευές. Εάν χρειάζεστε αντίσταση, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα από αυτά τα SMD (συσκευές τοποθέτησης στην επιφάνεια) για να μειώσετε το μέγεθος που χρειάζεστε για τις αντιστάσεις ή να αυξήσετε την ισχύ που μπορείτε να τους εφαρμόσετε εντός των ίδιων περιορισμών μεγέθους.
3.) Υπερπυκνωτές. Οι πυκνωτές είναι μια από τις παλαιότερες ηλεκτρονικές τεχνολογίες. Βασίζονται σε μια απλή εγκατάσταση στην οποία δύο αγώγιμες επιφάνειες (πλάκες, κύλινδροι, σφαιρικά κελύφη κ.λπ.) χωρίζονται μεταξύ τους σε μικρή απόσταση και οι δύο Οι επιφάνειες είναι σε θέση να διατηρούν ίσα και αντίθετα φορτία. Όταν προσπαθείτε να περάσετε ρεύμα μέσω του πυκνωτή, φορτίζει και όταν απενεργοποιείτε το ρεύμα ή συνδέετε τις δύο πλάκες, ο πυκνωτής εκφορτίζεται. Οι πυκνωτές έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της αποθήκευσης ενέργειας, ταχεία έκρηξη απελευθερωμένης ενέργειας και πιεζοηλεκτρικά ηλεκτρονικά, όπου οι αλλαγές στην πίεση της συσκευής παράγουν ηλεκτρικά σήματα.
Φυσικά, η κατασκευή πολλαπλών πλακών που χωρίζονται από μικροσκοπικές αποστάσεις σε πολύ, πολύ μικρή κλίμακα, δεν είναι μόνο πρόκληση, αλλά και θεμελιωδώς περιορισμένη. Οι πρόσφατες εξελίξεις στα υλικά —ειδικά ο τιτανικός χαλκός ασβέστιο (CCTO)—μπορούν να αποθηκεύσουν μεγάλες ποσότητες φορτίου σε μικροσκοπικούς χώρους: υπερπυκνωτές. Αυτές οι μικροσκοπικές συσκευές μπορούν να φορτιστούν και να αποφορτιστούν πολλές φορές πριν φθαρούν.φόρτιση και αποφόρτιση πιο γρήγορα.και αποθηκεύουν 100 φορές την ενέργεια ανά μονάδα όγκου παλαιότερων πυκνωτών. Αποτελούν μια τεχνολογία που αλλάζει το παιχνίδι όταν πρόκειται για τη σμίκρυνση ηλεκτρονικών ειδών.
4.) Υπερεπαγωγείς. Ως το τελευταίο από τα "Big Three", ο υπερεπαγωγέας είναι ο πιο πρόσφατος παίκτης που βγήκε μέχρι το 2018. Ένα πηνίο είναι βασικά ένα πηνίο με ρεύμα που χρησιμοποιείται με μαγνητιζόμενο πυρήνα. Τα πηνία αντιτίθενται στις αλλαγές στο εσωτερικό μαγνητικό τους πεδίο, που σημαίνει ότι αν προσπαθήσετε να αφήσετε το ρεύμα να το διαπεράσει, αντιστέκεται για λίγο, στη συνέχεια επιτρέπει στο ρεύμα να ρέει ελεύθερα μέσα από αυτό και, τέλος, αντιστέκεται στις αλλαγές ξανά όταν απενεργοποιείτε το ρεύμα. Μαζί με αντιστάσεις και πυκνωτές, είναι τρία βασικά στοιχεία όλων των κυκλωμάτων. Αλλά και πάλι, υπάρχει ένα όριο στο πόσο μικρά μπορούν να γίνουν.
Το πρόβλημα είναι ότι η τιμή της επαγωγής εξαρτάται από την επιφάνεια του επαγωγέα, ο οποίος είναι ονειροπόλος όσον αφορά τη σμίκρυνση. Αλλά εκτός από την κλασική μαγνητική επαγωγή, υπάρχει και η έννοια της επαγωγής κινητικής ενέργειας: η αδράνεια του τα ίδια τα σωματίδια που μεταφέρουν ρεύμα εμποδίζουν τις αλλαγές στην κίνησή τους. Όπως τα μυρμήγκια σε μια γραμμή πρέπει να «μιλούν» μεταξύ τους για να αλλάξουν την ταχύτητά τους, αυτά τα σωματίδια που μεταφέρουν ρεύμα, όπως τα ηλεκτρόνια, πρέπει να ασκούν δύναμη το ένα στο άλλο για να επιταχύνουν Αυτή η αντίσταση στην αλλαγή δημιουργεί μια αίσθηση κίνησης. Υπό την ηγεσία του Ερευνητικού Εργαστηρίου Νανοηλεκτρονικής του Kaustav Banerjee, έχει πλέον αναπτυχθεί ένας επαγωγέας κινητικής ενέργειας που χρησιμοποιεί τεχνολογία γραφενίου: το υλικό με την υψηλότερη πυκνότητα επαγωγής που έχει καταγραφεί ποτέ.
5.) Βάλτε γραφένιο σε οποιαδήποτε συσκευή. Τώρα ας κάνουμε έναν απολογισμό. Έχουμε γραφένιο. Έχουμε «σούπερ» εκδόσεις αντιστάσεων, πυκνωτών και πηνίων – μικροσκοπικά, στιβαρά, αξιόπιστα και αποτελεσματικά. Το τελευταίο εμπόδιο στην επανάσταση της εξαιρετικά μικρογραφίας στα ηλεκτρονικά , τουλάχιστον στη θεωρία, είναι η δυνατότητα να μετατρέπουμε οποιαδήποτε συσκευή (από σχεδόν οποιοδήποτε υλικό) σε ηλεκτρονική συσκευή. Το γεγονός ότι το γραφένιο έχει καλή ρευστότητα, ευελιξία, αντοχή και αγωγιμότητα, ενώ είναι αβλαβές για τον άνθρωπο, το καθιστά ιδανικό για αυτόν τον σκοπό.
Τα τελευταία χρόνια, οι συσκευές γραφενίου και γραφενίου έχουν κατασκευαστεί με τρόπο που έχει επιτευχθεί μόνο μέσω μιας χούφτας διεργασιών που είναι οι ίδιες αρκετά αυστηρές. Μπορείτε να οξειδώσετε τον απλό παλιό γραφίτη, να τον διαλύσετε στο νερό και να φτιάξετε γραφένιο με χημικό ατμό εναπόθεση.Ωστόσο, υπάρχουν μόνο λίγα υποστρώματα στα οποία μπορεί να εναποτεθεί γραφένιο με αυτόν τον τρόπο. Μπορείτε να μειώσετε χημικά το οξείδιο του γραφενίου, αλλά αν το κάνετε, θα καταλήξετε σε γραφένιο κακής ποιότητας. Μπορείτε επίσης να παράγετε γραφένιο με μηχανική απολέπιση , αλλά αυτό δεν σας επιτρέπει να ελέγχετε το μέγεθος ή το πάχος του γραφενίου που παράγετε.
Εδώ μπαίνουν οι εξελίξεις στο γραφένιο με χαραγμένο λέιζερ. Υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι για να το πετύχετε αυτό. Ο ένας είναι να ξεκινήσετε με το οξείδιο του γραφενίου. Όπως και πριν: παίρνετε γραφίτη και τον οξειδώνετε, αλλά αντί να τον μειώνετε χημικά, τον μειώνετε με λέιζερ. Σε αντίθεση με το χημικά ανηγμένο οξείδιο του γραφενίου, είναι ένα προϊόν υψηλής ποιότητας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε υπερπυκνωτές, ηλεκτρονικά κυκλώματα και κάρτες μνήμης, μεταξύ άλλων.
Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε πολυιμίδιο, πλαστικό υψηλής θερμοκρασίας και γραφένιο μοτίβο απευθείας με λέιζερ. Το λέιζερ σπάει τους χημικούς δεσμούς στο δίκτυο πολυιμιδίου και τα άτομα άνθρακα αναδιοργανώνονται θερμικά για να σχηματίσουν λεπτά, υψηλής ποιότητας φύλλα γραφενίου. Το πολυιμίδιο έχει δείξει ένας τόνος πιθανών εφαρμογών, γιατί αν μπορείτε να χαράξετε κυκλώματα γραφενίου σε αυτό, μπορείτε βασικά να μετατρέψετε οποιοδήποτε σχήμα πολυιμιδίου σε φορητά ηλεκτρονικά. Αυτές, για να αναφέρουμε μερικές, περιλαμβάνουν:
Αλλά ίσως το πιο συναρπαστικό—δεδομένης της εμφάνισης, της άνοδος και της πανταχού παρουσίας νέων ανακαλύψεων γραφενίου χαραγμένου με λέιζερ—είναι στον ορίζοντα αυτού που είναι δυνατό. .Ένα από τα πιο κραυγαλέα παραδείγματα τεχνολογίας που αποτυγχάνει να προχωρήσει είναι οι μπαταρίες. Σήμερα, χρησιμοποιούμε σχεδόν χημικές ουσίες ξηρών κυττάρων για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας, μια τεχνολογία αιώνων. Πρωτότυπα νέων συσκευών αποθήκευσης, όπως μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα και στερεάς κατάστασης έχουν δημιουργηθεί εύκαμπτοι ηλεκτροχημικοί πυκνωτές.
Με το γραφένιο χαραγμένο με λέιζερ, όχι μόνο μπορούμε να φέρουμε επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο αποθηκεύουμε ενέργεια, αλλά μπορούμε επίσης να δημιουργήσουμε φορητές συσκευές που μετατρέπουν τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική: τριβοηλεκτρικές νανογεννήτριες. Μπορούμε να δημιουργήσουμε αξιόλογα οργανικά φωτοβολταϊκά που έχουν τη δυνατότητα να φέρουν επανάσταση στην ηλιακή ενέργεια. θα μπορούσε επίσης να κάνει εύκαμπτες κυψέλες βιοκαυσίμου.Οι δυνατότητες είναι τεράστιες. Στα σύνορα της συλλογής και αποθήκευσης ενέργειας, οι επαναστάσεις είναι όλες βραχυπρόθεσμα.
Επιπλέον, το γραφένιο χαραγμένο με λέιζερ θα πρέπει να εγκαινιάσει μια εποχή άνευ προηγουμένου αισθητήρων. Αυτό περιλαμβάνει φυσικούς αισθητήρες, καθώς φυσικές αλλαγές (όπως θερμοκρασία ή καταπόνηση) προκαλούν αλλαγές στις ηλεκτρικές ιδιότητες όπως η αντίσταση και η σύνθετη αντίσταση (που περιλαμβάνουν επίσης τη συμβολή της χωρητικότητας και της επαγωγής Περιλαμβάνει επίσης συσκευές που ανιχνεύουν αλλαγές στις ιδιότητες του αερίου και την υγρασία και – όταν εφαρμόζονται στο ανθρώπινο σώμα – φυσικές αλλαγές στα ζωτικά σημεία κάποιου. Για παράδειγμα, η ιδέα ενός tricorder εμπνευσμένου από το Star Trek θα μπορούσε γρήγορα να καταστεί παρωχημένη από απλά επισυνάπτοντας ένα έμπλαστρο παρακολούθησης ζωτικών σημείων που μας ειδοποιεί αμέσως για τυχόν ανησυχητικές αλλαγές στο σώμα μας.
Αυτή η γραμμή σκέψης θα μπορούσε επίσης να ανοίξει ένα εντελώς νέο πεδίο: βιοαισθητήρες βασισμένοι στην τεχνολογία γραφενίου χαραγμένου με λέιζερ. Ένας τεχνητός λαιμός βασισμένος σε γραφένιο χαραγμένο με λέιζερ θα μπορούσε να βοηθήσει στην παρακολούθηση των κραδασμών του λαιμού, εντοπίζοντας διαφορές σημάτων μεταξύ βήχα, βουητού, κραυγών, κατάποσης και γνέφματος κινήσεις.Το γραφένιο που είναι χαραγμένο με λέιζερ έχει επίσης μεγάλες δυνατότητες εάν θέλετε να δημιουργήσετε έναν τεχνητό βιοϋποδοχέα που μπορεί να στοχεύσει συγκεκριμένα μόρια, να σχεδιάσει διάφορους φορητούς βιοαισθητήρες ή ακόμα και να βοηθήσει στην ενεργοποίηση διαφόρων εφαρμογών τηλεϊατρικής.
Μόλις το 2004 αναπτύχθηκε για πρώτη φορά μια μέθοδος παραγωγής φύλλων γραφενίου, τουλάχιστον σκόπιμα. Στα 17 χρόνια από τότε, μια σειρά παράλληλων εξελίξεων έφερε τελικά στο προσκήνιο τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση στον τρόπο που αλληλεπιδρούν οι άνθρωποι με τα ηλεκτρονικά. Σε σύγκριση με όλες τις υπάρχουσες μεθόδους παραγωγής και κατασκευής συσκευών με βάση το γραφένιο, το γραφένιο με χαραγμένο λέιζερ επιτρέπει απλά, μαζικά παραγωγικά, υψηλής ποιότητας και φθηνά μοτίβα γραφενίου σε μια ποικιλία εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της αλλαγής ηλεκτρονικών δερμάτων.
Στο εγγύς μέλλον, είναι λογικό να αναμένουμε εξελίξεις στον ενεργειακό τομέα, συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου ενέργειας, της συλλογής ενέργειας και της αποθήκευσης ενέργειας. Επίσης, βραχυπρόθεσμα θα σημειωθούν πρόοδοι στους αισθητήρες, συμπεριλαμβανομένων των φυσικών αισθητήρων, των αισθητήρων αερίων, ακόμη και των βιοαισθητήρων. η επανάσταση είναι πιθανό να προέλθει από φορητές συσκευές, συμπεριλαμβανομένων συσκευών για διαγνωστικές εφαρμογές τηλεϊατρικής. Βεβαίως, εξακολουθούν να υπάρχουν πολλές προκλήσεις και εμπόδια.Αλλά αυτά τα εμπόδια απαιτούν σταδιακές και όχι επαναστατικές βελτιώσεις. Καθώς οι συνδεδεμένες συσκευές και το Διαδίκτυο των Πραγμάτων συνεχίζουν να αυξάνονται, η ανάγκη για Τα εξαιρετικά μικρά ηλεκτρονικά είναι μεγαλύτερα από ποτέ. Με τις τελευταίες εξελίξεις στην τεχνολογία γραφενίου, το μέλλον είναι ήδη εδώ με πολλούς τρόπους.