nijs

Hast alles wat wy tsjinkomme yn 'e moderne wrâld is foar in part basearre op elektroanika. Sûnt wy foar it earst ûntdutsen hoe't wy elektrisiteit brûke om meganysk wurk te generearjen, hawwe wy apparaten makke grut en lyts om ús libben technysk te ferbetterjen. Fan elektryske ljochten oant smartphones, elk apparaat wy ûntwikkelje bestiet út mar in pear ienfâldige komponinten dy't meiinoar stitch binne yn ferskate konfiguraasjes. Yn feite, foar mear as in ieu, hawwe wy fertroud op:
Us moderne elektroanika-revolúsje fertrout op dizze fjouwer soarten komponinten, plus - letter - transistors, om ús hast alles te bringen dat wy hjoed brûke. minder macht, en ferbine ús apparaten oan elkoar, wy gau komme oer dizze klassiker limiten.Technology.But, yn 'e iere 2000, fiif foarútgong allegearre kamen byinoar, en se binne begûn te transformearjen ús moderne wrâld. Hjir is hoe't it allegear gie.
1.) Untwikkeling fan grafeen.Fan alle materialen fûn yn de natuer of makke yn it laboratoarium, diamant is net mear it hurdste materiaal.Der binne seis hurder, de hurdste is grafeen.Yn 2004, grafeen, in atoom-dik plaat fan koalstof Opsletten yn in hexagonaal kristalpatroan, waard by ûngelok isolearre yn it laboratoarium. Krekt seis jier nei dizze foarútgong waarden de ûntdekkers Andrei Heim en Kostya Novoselov de Nobelpriis foar natuerkunde takend. fysike, gemyske en termyske stress, mar it is eins in perfekte lattice fan atomen.
Graphene hat ek fassinearjende conductive eigenskippen, wat betsjut dat as elektroanyske apparaten, ynklusyf transistors, makke wurde kinne fan grafene ynstee fan silisium, se mooglik lytser en flugger wêze kinne as alles wat wy hjoed hawwe. in waarmtebestindich, sterker materiaal dat ek elektrisiteit liedt.Dêrneist is grafeen sa'n 98% trochsichtich foar ljocht, wat betsjut dat it revolúsjonêr is foar transparante touchscreens, ljochtemittearjende panielen en sels sinnesellen. Sa't de Nobelstifting it sei 11 jier lyn, "miskien steane wy ​​op 'e râne fan in oare miniaturisaasje fan elektroanika dy't sil liede ta kompjûters wurde effisjinter yn' e takomst."
2.) Surface mount wjerstannen. Dit is de âldste "nije" technology en is nei alle gedachten bekend foar elkenien dy't hat dissected in kompjûter of mobile phone.A oerflak mount wjerstân is in lyts rjochthoekich foarwerp, meastal makke fan keramyk, mei conductive rânen op beide ends.De ûntwikkeling fan keramyk, dy't wjerstean de stream fan stroom sûnder dissipating folle macht of waarmte, hat makke it mooglik om te meitsjen wjerstannen dy't superieur binne oan de âldere tradisjonele wjerstannen brûkt earder: axial lead wjerstannen.
Dizze eigenskippen meitsje it ideaal foar gebrûk yn moderne elektroanika, benammen lege-macht en mobile apparaten. As jo ​​nedich hawwe in wjerstân, kinne jo gebrûk meitsje fan ien fan dizze SMDs (surface mount apparaten) te ferminderjen de grutte dy't jo nedich hawwe foar de wjerstannen, of te fergrutsjen de krêft kinne jo tapasse op harren binnen deselde grutte beheinings.
3.) Supercapacitors. Capacitors binne ien fan de âldste elektroanyske technologyen. Se binne basearre op in ienfâldige opset wêryn twa conductive oerflakken (platen, silinders, bolfoarmige skulpen, ensfh) wurde skieden fan elkoar troch in lytse ôfstân, en de twa oerflakken binne yn steat om gelikense en tsjinoerstelde ladingen te behâlden. As jo ​​besykje stroom troch de kondensator te passearjen, laadt it op en as jo de stroom útsette of de twa platen ferbine, ûntlient de kondensatoren. rapid burst fan frijjûn enerzjy, en piezoelectric elektroanika, dêr't feroarings yn apparaat druk generearje elektryske sinjalen.
Fansels, it meitsjen fan meardere platen skieden troch lytse ôfstannen op in hiel, hiel lytse skaal is net allinnich útdaagjend, mar fûneminteel beheind. Resinte foarútgong yn materialen-benammen calcium koper titanate (CCTO)-kin opslaan grutte hoemannichten lading yn lytse romten: supercapacitors. Dizze miniaturisearre apparaten kinne meardere kearen opladen en ûntslein wurde foardat se wearze; rapper opladen en ûntlade; en opslaan 100 kear de enerzjy per ienheid folume fan âldere capacitors. Se binne in spultsje-feroarjende technology as it giet om miniaturizing elektroanika.
4.) Super inductors.As de lêste fan de "Grutte Trije," de superinductor is de lêste spiler te komme út oant 2018.An inductor is yn prinsipe in spoel mei in stroom brûkt mei in magnetizable kearn.Inductors tsjin feroarings yn harren ynterne magnetyske fjild, wat betsjut dat as jo besykje te litten stroom troch it, it ferset foar in skoftke, dan lit stroom rinne frij troch it, en úteinlik ferset wer feroarings as jo keare de stroom út.Tegearre mei wjerstannen en capacitors, sy binne de trije basis eleminten fan alle circuits. Mar wer, der is in limyt oan hoe lyts se kinne krije.
It probleem is dat de inductance wearde hinget ôf fan it oerflak fan 'e inductor, dat is in dream killer yn termen fan miniaturization. de stroomdragende dieltsjes sels foarkomme feroaringen yn har beweging. Krekt sa't mieren yn in rigel mei elkoar "prate" moatte om har snelheid te feroarjen, moatte dizze stroomdragende dieltsjes, lykas elektroanen, in krêft op inoar útoefenje om te fersnellen of fertrage.Dit ferset tsjin feroaring soarget foar in gefoel fan beweging.Under lieding fan Kaustav Banerjee's Nanoelectronics Research Laboratory is no in kinetyske enerzjy-induktor ûntwikkele dy't grafeentechnology brûkt: it materiaal mei de heechste ynduktânsjedichtheid dat ea opnommen is.
5.) Set graphene yn elk apparaat. No litte wy nimme stock.We hawwe graphene.We hawwe "super" ferzjes fan wjerstannen, capacitors en inductors - miniaturized, robúst, betrouber en effisjint. De lêste hindernis yn de ultra-miniaturization revolúsje yn elektroanika , yn elts gefal yn teory, is de mooglikheid om elk apparaat (makke fan hast elk materiaal) yn in elektroanysk apparaat te feroarjen. Om dit mooglik te meitsjen, alles wat wy nedich binne de mooglikheid om grafene-basearre elektroanika yn te nimmen yn elk type materiaal dat wy wolle, ynklusyf fleksibele materialen.It feit dat grafeen goede fluiditeit, fleksibiliteit, sterkte en konduktiviteit hat, wylst it harmless is foar minsken, makket it ideaal foar dit doel.
Yn 'e ôfrûne jierren binne grafeen- en grafeenapparaten makke op in manier dy't allinich berikt is troch in hantsjefol prosessen dy't sels frij strang binne. Jo kinne gewoan âld grafyt oksidearje, it oplosse yn wetter en grafeen meitsje troch gemyske damp ôfsetting.Der binne lykwols mar in pear substraten dêr't grafeen op dizze wize op ôfset wurde kin.Jo kinne grafeenoksyde gemysk ferminderje, mar as jo dat dogge, komme jo út mei grafeen fan minne kwaliteit.Jo kinne ek grafeen produsearje troch meganyske peeling. , mar dit lit jo net kontrolearje de grutte of dikte fan it grafene dat jo produsearje.
Dit is wêr't foarútgongen yn laser-graveare grafeen komme yn.Der binne twa wichtige manieren om dit te berikken. Ien is om te begjinnen mei grafeenoxide.Itselde as earder: jo nimme grafyt en oksidearje it, mar ynstee fan it gemysk te ferminderjen, ferminderje jo it. mei in laser. Oars as gemysk fermindere graphene okside, is it in heechweardich produkt dat brûkt wurde kin yn ûnder oaren supercapacitors, elektroanyske circuits en ûnthâldkaarten.
Jo kinne ek gebrûk meitsje fan polyimide, in hege-temperatuer plestik, en patroan graphene direkt mei in laser. De laser brekt gemyske bindingen yn it polyimide netwurk, en de koalstof atomen termysk reorganisearje harsels te foarmjen tinne, hege kwaliteit graphene sheets.Polyimide hat sjen litten in ton potinsjele applikaasjes, want as jo grafeen-sirkels derop gravearje kinne, kinne jo yn prinsipe elke foarm fan polyimide feroarje yn draachbere elektroanika.
Mar faaks it meast spannend - sjoen de opkomst, opkomst en ubiquity fan nije ûntdekkingen fan laser-graveare grafeen - stiet oan 'e hoarizon fan wat op it stuit mooglik is. .Ien fan 'e meast ûnbidige foarbylden fan technology dy't net foarút geane is batterijen. Hjoed, wy brûke hast droege sel skiekunde te bewarjen elektryske enerzjy, in ieuwenâlde technology. Prototypes fan nije opslach apparaten, lykas sink-loft batterijen en solid-state fleksibele elektrogemyske capacitors, binne makke.
Mei laser-graveare grafeen kinne wy ​​net allinich de manier wêrop wy enerzjy opslaan revolúsjonearje, mar wy kinne ek wearable apparaten meitsje dy't meganyske enerzjy omsette yn elektrisiteit: triboelektryske nanogenerators. koe ek fleksibele biobrânstofsellen meitsje; de mooglikheden binne enorm.Op de grinzen fan it sammeljen en opslaan fan enerzjy binne revolúsjes allegear op koarte termyn.
Fierder soe laser-graveare grafeen in tiidrek fan ungewoane sensoren ynliede moatte. Dit omfettet fysike sensoren, om't fysike feroaringen (lykas temperatuer of spanning) feroaringen feroarsaakje yn elektryske eigenskippen lykas ferset en impedânsje (dy't ek de bydragen fan kapasitânsje en induktânsje omfetsje). ).It omfettet ek apparaten dy't feroaringen yn gaseigenskippen en fochtigens detectearje, en - as se tapast wurde op it minsklik lichem - fysike feroaringen yn 'e fitale tekens fan immen. gewoan in tafersjochplak foar fitale tekens taheakje dy't ús direkt warskôget foar alle soarchlike feroaringen yn ús lichems.
Dizze gedachte kin ek in hiel nij fjild iepenje: biosensors basearre op laser-graveare grafeentechnology.In keunstmjittige keel basearre op laser-graveen kin helpe by it kontrolearjen fan keelvibraasjes, identifisearjen fan sinjaalferskillen tusken hoesten, buzzjen, gûlen, slikken en knikken bewegings.Laser-graveare grafeen hat ek in grut potinsjeel as jo in keunstmjittige bioreceptor meitsje wolle dy't spesifike molekulen rjochtsje kinne, ferskate draachbere biosensors ûntwerpe, of sels helpe kinne ferskate telemedisynapplikaasjes ynskeakelje.
Pas yn 2004 waard foar it earst in metoade foar it produsearjen fan grafeenblêden ûntwikkele, alteast mei opsetsin. Yn ferliking mei alle besteande metoaden foar it produsearjen en fabrisearjen fan grafene-basearre apparaten, makket laser-graveare grafene ienfâldige, massa-produsearbere, heechweardige en goedkeape grafeenpatroanen mooglik yn in ferskaat oan tapassingen, ynklusyf feroaring fan hûdelektronika.
Yn 'e heine takomst is it ridlik om foarútgong te ferwachtsjen yn' e enerzjysektor, ynklusyf enerzjykontrôle, enerzjywinning, en enerzjyopslach. revolúsje komt nei alle gedachten út wearables, ynklusyf apparaten foar diagnostyske telemedisynapplikaasjes. Om der wis fan te wêzen, bliuwe in protte útdagings en obstakels oer. Mar dizze obstakels fereaskje inkrementele earder as revolúsjonêre ferbetteringen. ultra-lytse elektroanika is grutter as ea. Mei de nijste foarútgong yn graphene technology, de takomst is al hjir op in protte manieren.