вести

Скоро све са чиме се сусрећемо у савременом свету у одређеној мери се ослања на електронику. Откако смо први пут открили како да користимо електричну енергију за генерисање механичког рада, направили смо велике и мале уређаје да технички унапредимо своје животе. Од електричних светла до паметних телефона, сваки уређај који развијамо састоји се од само неколико једноставних компоненти спојених у различитим конфигурацијама. У ствари, више од једног века, ослањамо се на:
Наша модерна електронска револуција се ослања на ове четири врсте компоненти, плус – касније – транзистори, да би нам донели скоро све што данас користимо. Док се утркујемо у минијатуризацији електронских уређаја, пратимо све више и више аспеката наших живота и стварности, преносимо више података са мање енергије и међусобно повезивање наших уређаја, брзо наилазимо на ова класична ограничења. Технологија. Али, почетком 2000-их, пет напретка се спојило и почело је да трансформише наш савремени свет. Ево како је све ишло.
1.) Развој графена. Од свих материјала пронађених у природи или створених у лабораторији, дијамант више није најтврђи материјал. Постоји шест тврђих, од којих је најтежи графен. 2004. графен, слој угљеника дебљине атома закључан заједно у хексагонални кристални узорак, случајно је изолован у лабораторији. Само шест година након овог напредовања, његови откривачи Андреј Хајм и Костја Новоселов добили су Нобелову награду за физику. Не само да је то најтврђи материјал икада направљен, невероватно отпоран на физички, хемијски и термички стрес, али то је заправо савршена решетка атома.
Графен такође има фасцинантна проводљива својства, што значи да ако се електронски уређаји, укључујући транзисторе, могу направити од графена уместо од силикона, потенцијално би могли бити мањи и бржи од било чега што данас имамо. Ако се графен помеша у пластику, може се претворити у отпоран на топлоту, јачи материјал који такође проводи електричну енергију. Поред тога, графен је око 98% провидан за светлост, што значи да је револуционаран за транспарентне екране осетљиве на додир, панеле који емитују светлост, па чак и соларне ћелије. Како је Нобелова фондација рекла 11 година пре, „можда смо на ивици још једне минијатуризације електронике која ће довести до тога да рачунари постану ефикаснији у будућности“.
2.) Отпорници за површинску монтажу. Ово је најстарија „нова“ технологија и вероватно је позната свакоме ко је сецирао рачунар или мобилни телефон. Отпорник за површинску монтажу је мали правоугаони објекат, обично направљен од керамике, са проводљивим ивицама на обе Развој керамике, која се одупире протоку струје без расипања много снаге или топлоте, омогућио је стварање отпорника који су супериорнији од старијих традиционалних отпорника који су се раније користили: аксијални оловни отпорници.
Ова својства га чине идеалним за употребу у савременој електроници, посебно у уређајима мале снаге и мобилним уређајима. Ако вам је потребан отпорник, можете користити један од ових СМД (уређаја за површинску монтажу) да смањите величину која вам је потребна за отпорнике или да повећате моћ коју можете применити на њих у оквиру истих ограничења величине.
3.) Суперкондензатори. Кондензатори су једна од најстаријих електронских технологија. Засновани су на једноставној поставци у којој су две проводне површине (плоче, цилиндри, сферне шкољке итд.) одвојене једна од друге на малом растојању, а две површине су у стању да одржавају једнака и супротна наелектрисања. Када покушате да прођете струју кроз кондензатор он се пуни, а када искључите струју или повежете две плоче кондензатор се празни. Кондензатори имају широк спектар примена, укључујући складиштење енергије, а брзи налет ослобођене енергије и пиезоелектрична електроника, где промене притиска уређаја стварају електричне сигнале.
Наравно, прављење више плоча раздвојених малим растојањима на веома, веома малој скали није само изазовно већ и суштински ограничено. Недавни напредак у материјалима—посебно калцијум-бакар титанат (ЦЦТО)—може да складишти велике количине наелектрисања у малим просторима: суперкондензаторима. Ови минијатуризовани уређаји се могу пунити и празнити више пута пре него што се истроше; брже пуњење и пражњење; и складиште 100 пута више енергије по јединици запремине од старијих кондензатора. Они су технологија која мења игру када је у питању минијатуризација електронике.
4.) Супер индуктори. Као последњи од „велике тројке“, супериндуктор је најновији играч који ће се појавити до 2018. Индуктор је у основи калем са струјом која се користи са језгром које се магнетише. Индуктори се супротстављају променама у свом унутрашњем магнетном поље, што значи да ако покушате да пустите струју да тече кроз њега, оно се опире неко време, затим дозвољава струји да слободно тече кроз њега, и коначно се одупире променама када искључите струју. Заједно са отпорницима и кондензаторима, они су три основна елемента свих кола. Али опет, постоји ограничење колико мала могу бити.
Проблем је што вредност индуктивности зависи од површине индуктора, који је убица снова у смислу минијатуризације. Али поред класичне магнетне индуктивности, постоји и концепт индуктивности кинетичке енергије: инерција саме честице које носе струју спречавају промене у њиховом кретању. Као што мрави у линији морају да „разговарају” једни са другима да би променили своју брзину, ове честице које носе струју, попут електрона, морају да испоље силу једна на другу да би убрзале или успорити.Овај отпор променама ствара осећај кретања.Под вођством Лабораторије за истраживање наноелектронике Каустава Банерџија, сада је развијен индуктор кинетичке енергије који користи технологију графена: материјал највеће густине индуктивности икада забележен.
5.) Ставите графен у било који уређај. Сада да направимо залихе. Имамо графен. Имамо „супер“ верзије отпорника, кондензатора и индуктора – минијатуризоване, робусне, поуздане и ефикасне. Последња препрека у револуцији ултра-минијатуризације у електроници , барем у теорији, је способност да се било који уређај (направљен од скоро било којег материјала) претвори у електронски уређај. Да бисмо то учинили могућим, све што нам је потребно је могућност да уградимо електронику засновану на графену у било коју врсту материјала који желимо, укључујући флексибилне материјале. Чињеница да графен има добру флуидност, флексибилност, снагу и проводљивост, а да је безопасан за људе, чини га идеалним за ову сврху.
У протеклих неколико година, графен и графен уређаји су произведени на начин који је постигнут само кроз неколико процеса који су сами по себи прилично ригорозни. Можете оксидирати обичан стари графит, растворити га у води и направити графен помоћу хемијске паре таложење. Међутим, постоји само неколико супстрата на које се графен може депоновати на овај начин. Можете хемијски смањити графен оксид, али ако то учините, завршићете са графеном лошег квалитета. Такође можете произвести графен механичким пилингом , али то вам не дозвољава да контролишете величину или дебљину графена који производите.
Овде долази до напретка у ласерски гравираном графену. Постоје два главна начина да се то постигне. Један је да почнете са графен оксидом. Исто као и раније: узимате графит и оксидишете га, али уместо да га хемијски редукујете, ви га смањујете са ласером. За разлику од хемијски редукованог графенског оксида, то је производ високог квалитета који се може користити у суперкондензаторима, електронским колима и меморијским картицама, између осталог.
Такође можете користити полиимид, високотемпературну пластику и узорак графена директно ласером. Ласер разбија хемијске везе у полиимидној мрежи, а атоми угљеника се термички реорганизују да формирају танке, висококвалитетне графенске плоче. Полиимид је показао гомилу потенцијалних апликација, јер ако можете да угравирате графенска кола на њему, у основи можете претворити било који облик полиимида у електронику која се може носити. То, да споменемо само неке, укључује:
Али можда најузбудљивије — с обзиром на појаву, успон и свеприсутност нових открића ласерски угравираног графена — налази се на хоризонту онога што је тренутно могуће. Са ласерски угравираним графеном, можете сакупљати и складиштити енергију: уређај за контролу енергије .Један од најневероватнијих примера технологије која не напредује јесу батерије. Данас скоро да користимо хемијске суве ћелије за складиштење електричне енергије, вековима стару технологију. Прототипови нових уређаја за складиштење, као што су цинк-ваздушне батерије и чврсти створени су флексибилни електрохемијски кондензатори.
Са ласерски угравираним графеном, не само да можемо да револуционишемо начин на који складиштимо енергију, већ можемо да креирамо и уређаје који се могу носити који претварају механичку енергију у електричну: трибоелектричне наногенераторе. Можемо да створимо изузетне органске фотонапонске уређаје који имају потенцијал да револуционишу соларну енергију. такође могу направити флексибилне ћелије за биогориво; могућности су огромне. На границама сакупљања и складиштења енергије, све су револуције краткорочне.
Штавише, ласерски угравирани графен би требало да уведе еру сензора без преседана. Ово укључује физичке сензоре, јер физичке промене (као што су температура или напрезање) изазивају промене у електричним својствима као што су отпор и импеданса (које такође укључују доприносе капацитивности и индуктивности ).Такође укључује уређаје који откривају промене у својствима гаса и влажности и – када се примењују на људско тело – физичке промене у нечијим виталним знацима. На пример, идеја о трикордеру инспирисаном Звезданим стазама могла би брзо да застари једноставно причвршћивање фластера за праћење виталних знакова који нас одмах упозорава на све забрињавајуће промене у нашим телима.
Овакав начин размишљања би такође могао да отвори потпуно ново поље: биосензоре засноване на технологији ласерски угравираног графена. Вештачко грло засновано на ласерски угравираном графену могло би да помогне у праћењу вибрација грла, идентификујући разлике у сигналу између кашљања, зујања, вриштања, гутања и климања покрета. Ласерски угравирани графен такође има велики потенцијал ако желите да креирате вештачки биорецептор који може да циља специфичне молекуле, дизајнира различите носиве биосензоре или чак помогне у омогућавању различитих телемедицинских апликација.
Тек 2004. године први пут је развијен метод производње графенских листова, барем намерно. У последњих 17 година, низ паралелних напретка је коначно довео у први план могућност да се револуционише начин на који људи комуницирају са електроником. У поређењу са свим постојећим методама производње и производње уређаја заснованих на графену, ласерски угравирани графен омогућава једноставне, масовно произведене, висококвалитетне и јефтине узорке графена у различитим апликацијама, укључујући промену електронике коже.
У блиској будућности, разумно је очекивати напредак у енергетском сектору, укључујући контролу енергије, прикупљање енергије и складиштење енергије. Такође у блиској будућности је напредак у сензорима, укључујући физичке сензоре, сензоре за гас, па чак и биосензоре. револуција ће вероватно доћи од носивих уређаја, укључујући уређаје за дијагностичке телемедицинске апликације. Да будемо сигурни, остају многи изазови и препреке. Али ове препреке захтевају постепена, а не револуционарна побољшања. Како повезани уређаји и Интернет ствари настављају да расту, потреба за ултра-мала електроника је већа него икад. Са најновијим достигнућима у технологији графена, будућност је већ ту на много начина.