novaĵoj

Preskaŭ ĉio, kion ni renkontas en la moderna mondo, dependas de elektroniko iagrade. Ekde kiam ni unue malkovris kiel uzi elektron por generi mekanikan laboron, ni kreis aparatojn grandajn kaj malgrandajn por teknike plibonigi nian vivon. De elektraj lumoj ĝis saĝtelefonoj, ĉiu aparato. ni evoluigas konsistas el nur kelkaj simplaj komponantoj kunkudritaj en diversaj agordoj.Fakte, dum pli ol jarcento, ni fidis:
Nia moderna elektronika revolucio dependas de ĉi tiuj kvar specoj de komponantoj, plus - poste - transistoroj, por alporti al ni preskaŭ ĉion, kion ni uzas hodiaŭ. Dum ni kuras por miniaturigi elektronikajn aparatojn, monitori pli kaj pli da aspektoj de niaj vivoj kaj realeco, transsendas pli da datumoj per malpli potenco, kaj konekti niajn aparatojn unu al la alia, ni rapide renkontas ĉi tiujn klasikajn limojn.Teknologio.Sed, en la fruaj 2000-aj jaroj, kvin progresoj ĉiuj kuniĝis, kaj ili komencis transformi nian modernan mondon.Jen kiel ĉio iris.
1.) Evoluo de grafeno.El ĉiuj materialoj trovitaj en la naturo aŭ kreitaj en la laboratorio, diamanto ne plu estas la plej malmola materialo.Estas ses pli malmolaj, la plej malmolaj estas grafeno.En 2004, grafeno, atomdika folio de karbono. ŝlosita kune en sesangula kristala ŝablono, estis hazarde izolita en la laboratorio.Nur ses jarojn post tiu ĉi antaŭeniĝo, ĝiaj malkovrintoj Andrej Heim kaj Kostja Novoselov ricevis la Nobel-premion pri fiziko.Ne nur ĝi estas la plej malmola materialo iam ajn farita, nekredeble rezistema al fizika, kemia, kaj termika streso, sed ĝi estas fakte perfekta krado de atomoj.
Grafeno ankaŭ havas fascinajn konduktajn ecojn, kio signifas, ke se elektronikaj aparatoj, inkluzive de transistoroj, povus esti faritaj el grafeno anstataŭ silicio, ili eble povus esti pli malgrandaj kaj pli rapidaj ol ĉio, kion ni havas hodiaŭ. Se grafeno estas miksita en plaston, ĝi povas esti igita. varmorezista, pli forta materialo, kiu ankaŭ kondukas elektron.Krome, grafeno estas ĉirkaŭ 98% travidebla al lumo, kio signifas, ke ĝi estas revolucia por travideblaj tuŝekranoj, lumelsendantaj paneloj kaj eĉ sunaj ĉeloj.Kiel la Nobel-Fondaĵo diris 11 jarojn. Antaŭe, "eble ni estas sur la rando de alia miniaturigo de elektroniko, kiu kondukos al komputiloj iĝi pli efikaj en la estonteco."
2.) Surfacaj muntaj rezistiloj. Ĉi tio estas la plej malnova "nova" teknologio kaj verŝajne estas konata al iu ajn, kiu dissekcis komputilon aŭ poŝtelefonon. Surfaca munta rezistilo estas eta rektangula objekto, kutime farita el ceramiko, kun konduktaj randoj ambaŭflanke. finaĵoj.La evoluo de ceramikaĵoj, kiuj rezistas la fluon de kurento sen dispeli multe da potenco aŭ varmo, ebligis krei rezistilojn, kiuj estas superaj ol la pli malnovaj tradiciaj rezistiloj uzitaj antaŭe: aksaj plumborezistoj.
Ĉi tiuj propraĵoj faras ĝin ideala por uzo en moderna elektroniko, precipe malalta potenco kaj moveblaj aparatoj. Se vi bezonas rezistilon, vi povas uzi unu el ĉi tiuj SMD-oj (surfacmuntaj aparatoj) por redukti la grandecon, kiun vi bezonas por la rezistiloj, aŭ por pliigi. la potencon, kiun vi povas apliki al ili ene de la samaj grandecaj limoj.
3.) Superkondensiloj.Kondensiloj estas unu el la plej malnovaj elektronikaj teknologioj.Ili baziĝas sur simpla aranĝo, en kiu du konduktaj surfacoj (platoj, cilindroj, sferaj ŝeloj, ktp.) estas apartigitaj unu de la alia per malgranda distanco, kaj la du surfacoj kapablas konservi egalajn kaj kontraŭajn ŝargojn.Kiam vi provas trapasi kurenton tra la kondensilo ĝi ŝargas kaj kiam vi malŝaltas la kurenton aŭ ligas la du platojn la kondensilo malŝarĝas.Kondensiloj havas vastan gamon de aplikoj, inkluzive de energio stokado, a rapida eksplodo de liberigita energio, kaj piezoelektra elektroniko, kie ŝanĝoj en aparatpremo generas elektrajn signalojn.
Kompreneble, fari multoblajn platojn apartigitajn per etaj distancoj sur tre, tre malgranda skalo estas ne nur defia sed esence limigita.Lastatempaj progresoj en materialoj—precipe kalcia kuprotitanato (CCTO)—povas stoki grandajn kvantojn da ŝargo en etaj spacoj: superkondensiloj. Ĉi tiuj miniaturigitaj aparatoj povas esti ŝargitaj kaj malŝarĝitaj plurfoje antaŭ ol ili eluziĝas; ŝarĝi kaj malŝarĝi pli rapide; kaj stokas 100 fojojn la energion per unuo-volumo de pli malnovaj kondensiloj. Ili estas lud-ŝanĝiĝanta teknologio kiam temas pri miniaturigado de elektroniko.
4.) Super-induktoroj. Kiel la lasta el la "Grandaj Tri", la superinduktoro estas la plej nova ludanto aperinta ĝis 2018. Induktoro estas esence bobeno kun kurento uzata kun magnetigebla kerno. Induktoroj kontraŭas ŝanĝojn en sia interna magneto. kampo, kio signifas, se vi provas lasi kurenton flui tra ĝi, ĝi rezistas por tempeto, tiam permesas kurento flui libere tra ĝi, kaj finfine rezistas ŝanĝojn denove kiam vi malŝaltas la fluon.Kune kun rezistiloj kaj kondensiloj, ili estas la tri bazaj elementoj de ĉiuj cirkvitoj. Sed denove, estas limo al kiom malgrandaj ili povas iĝi.
La problemo estas, ke la indukta valoro dependas de la surfacareo de la induktoro, kiu estas sonĝmurdisto laŭ miniaturigo.Sed krom la klasika magneta indukto, ekzistas ankaŭ la koncepto de kineta energia indukto: la inercio de la kurentportantaj partikloj mem malhelpas ŝanĝojn en sia moviĝo. Same kiel formikoj en linio devas "paroli" unu kun la alia por ŝanĝi sian rapidecon, tiuj kurentportantaj partikloj, kiel elektronoj, bezonas peni forton unu sur la alian por akceli. aŭ malrapidigi.Ĉi tiu rezisto al ŝanĝo kreas senton de movado.Sub la gvidado de la Nanoelektronika Esplorlaboratorio de Kaustav Banerjee, nun estis evoluigita kineta energia induktoro uzanta grafenan teknologion: la plej alta indukta denseca materialo iam ajn registrita.
5.) Metu grafenon en ajnan aparaton.Nun ni faru bilancon.Ni havas grafenon.Ni havas "superajn" versiojn de rezistiloj, kondensiloj kaj induktoroj - miniaturigitaj, fortikaj, fidindaj kaj efikaj.La fina obstaklo en la ultra-miniaturiga revolucio en elektroniko. , almenaŭ en teorio, estas la kapablo igi ajnan aparaton (faritan el preskaŭ ajna materialo) en elektronikan aparaton.Por fari tion ebla, ĉio, kion ni bezonas, estas la kapablo enigi elektronikon bazitan sur grafeno en ajnan tipon de materialo, kiun ni volas, inkluzive de flekseblaj materialoj.La fakto, ke grafeno havas bonan fluecon, flekseblecon, forton kaj konduktivecon, estante sendanĝera por homoj, igas ĝin ideala por ĉi tiu celo.
En la lastaj jaroj, grafenaj kaj grafenaj aparatoj estis fabrikitaj en maniero, kiu nur estis atingita per manpleno da procezoj, kiuj mem estas sufiĉe rigoraj. Vi povas oksigeni simplan malnovan grafiton, solvi ĝin en akvo, kaj fari grafenon per kemia vaporo. demetaĵo.Tamen ekzistas nur kelkaj substratoj sur kiuj grafeno povas esti deponita tiamaniere.Vi povas kemie redukti grafenan oksidon, sed se vi faros, vi finos kun malbonkvalita grafeno.Vi ankaŭ povas produkti grafenon per mekanika eksfoliado. , sed ĉi tio ne ebligas al vi kontroli la grandecon aŭ dikecon de la grafeno, kiun vi produktas.
Ĉi tie venas progresoj en lasergravurita grafeno.Estas du ĉefaj manieroj atingi ĉi tion.Unu estas komenci per grafena rusto.Same kiel antaŭe: oni prenas grafiton kaj oksigenas ĝin, sed anstataŭ kemie redukti ĝin, oni reduktas ĝin. kun lasero.Malkiel kemie reduktita grafena rusto, ĝi estas altkvalita produkto, kiu povas esti uzata en superkondensiloj, elektronikaj cirkvitoj kaj memorkartoj, inter aliaj.
Vi ankaŭ povas uzi poliimidon, alt-temperaturan plaston, kaj ŝablonon grafenon rekte per lasero.La lasero rompas kemiajn ligojn en la poliimida reto, kaj la karbonatomoj termike reorganizas sin por formi maldikajn, altkvalitajn grafenajn foliojn. Poliimido montris. amaso da eblaj aplikoj, ĉar se vi povas gravuri grafenajn cirkvitojn sur ĝi, vi povas esence turni ajnan formon de poliimido en porteblan elektronikon. Ĉi tiuj, por nomi kelkajn, inkluzivas:
Sed eble plej ekscita—pro la apero, pliiĝo kaj ĉieeco de novaj malkovroj de lasergravurita grafeno—estas ĉe la horizonto de kio estas nuntempe ebla.Per lasergravurita grafeno, vi povas rikolti kaj stoki energion: energioreganta aparato. .Unu el la plej flagrantaj ekzemploj de teknologio malsukcesa progresi estas kuirilaroj.Hodiaŭ, ni preskaŭ uzas sekĉelajn kemiojn por stoki elektran energion, jarcentaĵan teknologion.Prototipoj de novaj stokaj aparatoj, kiel ekzemple zink-aeraj baterioj kaj solidsubstanco. flekseblaj elektrokemiaj kondensiloj, estis kreitaj.
Kun lasergravurita grafeno, ni ne nur povas revolucii la manieron kiel ni stokas energion, sed ni ankaŭ povas krei porteblajn aparatojn, kiuj konvertas mekanikan energion en elektron: triboelektraj nanogeneratoroj.Ni povas krei rimarkindajn organikajn fotovoltaikojn, kiuj havas la potencialon revolucii sunenergion.Ni povus ankaŭ fari flekseblajn biofuelpilojn; la eblecoj estas grandegaj.Sur la limoj de kolektado kaj stokado de energio, revolucioj estas ĉiuj baldaŭ.
Plue, laser-gravurita grafeno devus enkonduki epokon de senprecedencaj sensiloj. Ĉi tio inkluzivas fizikajn sensilojn, ĉar fizikaj ŝanĝoj (kiel temperaturo aŭ streĉiĝo) kaŭzas ŝanĝojn en elektraj propraĵoj kiel rezisto kaj impedanco (kiuj ankaŭ inkluzivas la kontribuojn de kapacitanco kaj induktanco). ).Ĝi ankaŭ inkluzivas aparatojn, kiuj detektas ŝanĝojn en gasaj propraĵoj kaj humideco, kaj - kiam aplikata al la homa korpo - fizikaj ŝanĝoj en ies esencaj signoj. Ekzemple, la ideo de Star Trek-inspira trikordilo povus rapide malnoviĝi per simple kunmetante diakilon pri monitorado de esencaj signoj, kiu tuj atentigas nin pri iuj maltrankvilaj ŝanĝoj en niaj korpoj.
Ĉi tiu penslinio ankaŭ povus malfermi tute novan kampon: biosensiloj bazitaj sur laser-gravurita grafena teknologio. Artefarita gorĝo bazita sur laser-gravurita grafeno povus helpi monitori gorĝajn vibrojn, identigante signaldiferencojn inter tusado, zumado, kriado, glutado kaj kapjesado. movadoj.Laser-gravurita grafeno ankaŭ havas grandan potencialon, se vi volas krei artefaritan bioreceptoron, kiu povas celi specifajn molekulojn, desegni diversajn porteblajn biosensilojn aŭ eĉ helpi ebligi diversajn telemedicinajn aplikojn.
Ne estis ĝis 2004 ke metodo de produktado de grafenaj folioj, almenaŭ intence, estis unue evoluigita.En la 17 jaroj poste, serio de paralelaj progresoj finfine alportis al la unua loko la eblecon revolucii la manieron kiel homoj interagas kun elektroniko. Kompare kun ĉiuj ekzistantaj metodoj por produkti kaj fabriki grafen-bazitajn aparatojn, lasergravurita grafeno ebligas simplajn, amasprodukteblajn, altkvalitajn kaj malmultekostajn grafenajn ŝablonojn en diversaj aplikoj inkluzive de haŭta elektronika ŝanĝo.
En proksima estonteco, estas akcepteble atendi progresojn en la energia sektoro, inkluzive de energia kontrolo, energirikoltado kaj energistokado. Ankaŭ baldaŭ progresas en sensiloj, inkluzive de fizikaj sensiloj, gassensiloj, kaj eĉ biosensiloj.La plej granda. revolucio verŝajne venos de porteblaj, inkluzive de aparatoj por diagnozaj telemedicinaj aplikoj. Certe, multaj defioj kaj obstakloj restas. Sed ĉi tiuj obstakloj postulas pliigajn prefere ol revoluciajn plibonigojn. Ĉar konektitaj aparatoj kaj la Interreto de Aĵoj daŭre kreskas, la bezono de ultra-malgranda elektroniko estas pli granda ol iam ajn. Kun la plej novaj progresoj en grafena teknologio, la estonteco jam estas ĉi tie en multaj manieroj.