ახალი ამბები

თითქმის ყველაფერი, რასაც თანამედროვე სამყაროში ვხვდებით, გარკვეულწილად ეყრდნობა ელექტრონიკას. მას შემდეგ, რაც პირველად აღმოვაჩინეთ, როგორ გამოვიყენოთ ელექტროენერგია მექანიკური მუშაობისთვის, ჩვენ შევქმენით დიდი და პატარა მოწყობილობები ჩვენი ცხოვრების ტექნიკურად გასაუმჯობესებლად. ელექტრო განათებიდან სმარტფონებამდე, ყველა მოწყობილობა. ჩვენ ვვითარდებით შედგება რამდენიმე მარტივი კომპონენტისგან, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული სხვადასხვა კონფიგურაციებში. სინამდვილეში, საუკუნეზე მეტი ხნის განმავლობაში, ჩვენ ვეყრდნობოდით:
ჩვენი თანამედროვე ელექტრონიკის რევოლუცია ეყრდნობა ამ ოთხი ტიპის კომპონენტს, პლუს - მოგვიანებით - ტრანზისტორებს, რათა მოგვაწოდოს თითქმის ყველაფერი, რასაც დღეს ვიყენებთ. როდესაც ჩვენ ვიბრძვით ელექტრონული მოწყობილობების მინიატურაზე, ჩვენი ცხოვრებისა და რეალობის უფრო და უფრო მეტი ასპექტის მონიტორინგისთვის, მეტი ინფორმაციის გადაცემით. ნაკლები ენერგია და ჩვენი მოწყობილობების ერთმანეთთან დაკავშირება, ჩვენ სწრაფად ვხვდებით ამ კლასიკურ საზღვრებს. ტექნოლოგია. მაგრამ 2000-იანი წლების დასაწყისში ხუთი წინსვლა გაერთიანდა და მათ დაიწყეს ჩვენი თანამედროვე სამყაროს გარდაქმნა. აი, როგორ წავიდა ეს ყველაფერი.
1.) გრაფენის განვითარება. ბუნებაში ნაპოვნი ან ლაბორატორიაში შექმნილი ყველა მასალისგან, ბრილიანტი აღარ არის უმძიმესი მასალა. არსებობს ექვსი რთული მასალა, ყველაზე რთული გრაფენია. 2004 წელს გრაფენი, ნახშირბადის ატომის სისქის ფურცელი. ერთად ჩაკეტილი ექვსკუთხა ბროლის ნიმუშში, შემთხვევით იზოლირებული იქნა ლაბორატორიაში. ამ წინსვლის მხოლოდ ექვსი წლის შემდეგ, მის აღმომჩენებს ანდრეი ჰეიმს და კოსტია ნოვოსელოვს მიენიჭათ ნობელის პრემია ფიზიკაში. არა მხოლოდ ის არის ყველაზე რთული მასალა, რომელიც ოდესმე შექმნილა, წარმოუდგენლად გამძლეა. ფიზიკური, ქიმიური და თერმული სტრესი, მაგრამ სინამდვილეში ეს არის ატომების სრულყოფილი ბადე.
გრაფენს ასევე აქვს მომხიბლავი გამტარი თვისებები, რაც იმას ნიშნავს, რომ თუ ელექტრონული მოწყობილობები, მათ შორის ტრანზისტორები, შეიძლება დამზადდეს გრაფენისგან სილიციუმის ნაცვლად, ისინი შეიძლება იყოს უფრო პატარა და სწრაფი ვიდრე ყველაფერი, რაც დღეს გვაქვს. თუ გრაფენი შერეულია პლასტმასში, ის შეიძლება გადაიქცეს. სითბოს მდგრადი, უფრო ძლიერი მასალა, რომელიც ასევე ატარებს ელექტროენერგიას. გარდა ამისა, გრაფენი დაახლოებით 98% გამჭვირვალეა სინათლისთვის, რაც იმას ნიშნავს, რომ ის რევოლუციურია გამჭვირვალე სენსორული ეკრანებისთვის, სინათლის გამოსხივების პანელებისთვის და მზის უჯრედებისთვისაც კი. როგორც ნობელის ფონდმა განაცხადა 11 წლის განმავლობაში. ადრე, "ალბათ ჩვენ ვართ ელექტრონიკის კიდევ ერთი მინიატურიზაციის ზღვარზე, რაც მომავალში გამოიწვევს კომპიუტერების უფრო ეფექტურობას."
2.) ზედაპირული სამონტაჟო რეზისტორები. ეს არის უძველესი „ახალი“ ტექნოლოგია და, ალბათ, ნაცნობია ყველასთვის, ვინც კომპიუტერი ან მობილური ტელეფონი ამოკვეთა. ზედაპირზე დასამაგრებელი რეზისტორი არის პატარა მართკუთხა ობიექტი, ჩვეულებრივ დამზადებული კერამიკულისაგან, ორივეს გამტარ კიდეებით. კერამიკის განვითარებამ, რომელიც ეწინააღმდეგება დენის ნაკადს დიდი სიმძლავრის ან სითბოს გაფანტვის გარეშე, შესაძლებელი გახადა რეზისტორების შექმნა, რომლებიც აღემატება ადრე გამოყენებულ ძველ ტრადიციულ რეზისტორებს: ღერძულ ტყვიის რეზისტორებს.
ეს თვისებები მას იდეალურს ხდის თანამედროვე ელექტრონიკაში, განსაკუთრებით დაბალი სიმძლავრის და მობილურ მოწყობილობებში გამოსაყენებლად. თუ თქვენ გჭირდებათ რეზისტორი, შეგიძლიათ გამოიყენოთ ერთ-ერთი ასეთი SMD (ზედაპირზე დასამაგრებელი მოწყობილობა) რეზისტორებისთვის საჭირო ზომის შესამცირებლად ან გაზრდისთვის. ძალა, რომელიც შეგიძლიათ გამოიყენოთ მათზე იმავე ზომის შეზღუდვების ფარგლებში.
3.) სუპერკონდენსატორები.კონდენსატორები ერთ-ერთი უძველესი ელექტრონული ტექნოლოგიაა.ისინი დაფუძნებულია მარტივ კონფიგურაციაზე, რომელშიც ორი გამტარი ზედაპირი (ფირფიტები, ცილინდრი, სფერული გარსი და ა.შ.) ერთმანეთისგან მცირე მანძილით არის გამოყოფილი და ზედაპირებს შეუძლიათ შეინარჩუნონ თანაბარი და საპირისპირო მუხტები. როდესაც თქვენ ცდილობთ დენის გადატანას კონდენსატორის მეშვეობით, ის იმუხტება და როდესაც თქვენ გამორთავთ დენს ან აკავშირებთ ორ ფირფიტას, კონდენსატორი იხსნება. კონდენსატორებს აქვთ გამოყენების ფართო სპექტრი, მათ შორის ენერგიის შენახვა გამოთავისუფლებული ენერგიის სწრაფი აფეთქება და პიეზოელექტრული ელექტრონიკა, სადაც მოწყობილობის წნევის ცვლილებები წარმოქმნის ელექტრულ სიგნალებს.
რა თქმა უნდა, ძალიან, ძალიან მცირე მაშტაბით მცირე მანძილით გამოყოფილი მრავალი ფირფიტის დამზადება არა მხოლოდ რთული, არამედ ფუნდამენტურად შეზღუდულია. მასალების ბოლოდროინდელი მიღწევები - განსაკუთრებით კალციუმის სპილენძის ტიტანატი (CCTO) - შეუძლია შეინახოს დიდი რაოდენობით მუხტი პატარა სივრცეებში: სუპერკონდენსატორები. ამ მინიატურული მოწყობილობების დამუხტვა და დატენვა შესაძლებელია რამდენჯერმე, სანამ ისინი ცვდებიან; დატენვა და განმუხტვა უფრო სწრაფად; და ინახავს 100-ჯერ მეტ ენერგიას ძველი კონდენსატორების მოცულობის ერთეულზე. ისინი თამაშის შეცვლის ტექნოლოგიაა, როდესაც საქმე ეხება ელექტრონიკის მინიატურიზაციას.
4.) სუპერ ინდუქტორები. როგორც "დიდი სამიდან" ბოლო, სუპერინდუქტორი არის უახლესი მოთამაშე, რომელიც გამოვიდა 2018 წლამდე. ინდუქტორი ძირითადად არის კოჭა დენით, რომელიც გამოიყენება მაგნიტიზირებადი ბირთვით. ინდუქტორები ეწინააღმდეგებიან ცვლილებებს მათ შიდა მაგნიტურში. ველი, რაც იმას ნიშნავს, რომ თუ თქვენ ცდილობთ დაუშვათ დენი, რომ გაიაროს მასში, ის ცოტა ხნით წინააღმდეგობას უწევს, შემდეგ ნებას აძლევს დენს თავისუფლად გაიაროს მასში და ბოლოს კვლავ ეწინააღმდეგება ცვლილებებს, როდესაც თქვენ გამორთავთ დენს. რეზისტორებთან და კონდენსატორებთან ერთად, ისინი არიან ყველა სქემის სამი ძირითადი ელემენტი. მაგრამ ისევ და ისევ, არსებობს ლიმიტი, თუ რამდენად მცირე შეიძლება მიიღონ ისინი.
პრობლემა ის არის, რომ ინდუქციური მნიშვნელობა დამოკიდებულია ინდუქტორის ზედაპირის ფართობზე, რომელიც არის ოცნების მკვლელი მინიატურიზაციის თვალსაზრისით. მაგრამ კლასიკური მაგნიტური ინდუქციურობის გარდა, ასევე არსებობს კინეტიკური ენერგიის ინდუქციურობის კონცეფცია: ინერცია. დენის მატარებელი ნაწილაკები თავისთავად ხელს უშლიან მათ მოძრაობაში ცვლილებებს. ისევე როგორც ხაზის ჭიანჭველებმა უნდა „ელაპარაკონ“ ერთმანეთს სიჩქარის შესაცვლელად, ამ დენის მატარებელ ნაწილაკებს, ელექტრონების მსგავსად, სჭირდებათ ერთმანეთზე ძალის მოზიდვა სიჩქარის დასაჩქარებლად. ან შეანელებს. ცვლილებებისადმი ეს წინააღმდეგობა ქმნის მოძრაობის განცდას. Kaustav Banerjee-ს ნანოელექტრონული კვლევის ლაბორატორიის ხელმძღვანელობით, ახლა შეიქმნა კინეტიკური ენერგიის ინდუქტორი გრაფენის ტექნოლოგიის გამოყენებით: ყველაზე მაღალი ინდუქციური სიმკვრივის მასალა, რაც კი ოდესმე ყოფილა დაფიქსირებული.
5.) მოათავსეთ გრაფენი ნებისმიერ მოწყობილობაში. ახლა ავიღოთ ანგარიში. ჩვენ გვაქვს გრაფენი. გვაქვს რეზისტორების, კონდენსატორებისა და ინდუქტორების "სუპერ" ვერსიები - მინიატურული, მტკიცე, საიმედო და ეფექტური. საბოლოო დაბრკოლება ელექტრონიკაში ულტრა-მინიატურიზაციის რევოლუციაში. ყოველ შემთხვევაში, თეორიულად, არის ნებისმიერი მოწყობილობის (თითქმის ნებისმიერი მასალისგან დამზადებული) ელექტრონულ მოწყობილობად გადაქცევის შესაძლებლობა. ამის შესაძლებლად, ყველაფერი რაც ჩვენ გვჭირდება არის გრაფენზე დაფუძნებული ელექტრონიკის ჩანერგვის შესაძლებლობა ნებისმიერ მასალაში, რომელიც ჩვენ გვსურს. მოქნილი მასალების ჩათვლით.ის ფაქტი, რომ გრაფენს აქვს კარგი სითხე, მოქნილობა, სიმტკიცე და გამტარობა, თუმცა უვნებელია ადამიანისთვის, მას იდეალურს ხდის ამ მიზნით.
ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში, გრაფენისა და გრაფენის მოწყობილობები დამზადდა ისე, რომ მიღწეული იქნა მხოლოდ რამდენიმე პროცესის მეშვეობით, რომლებიც თავად საკმაოდ მკაცრია. შეგიძლიათ ძველი გრაფიტის დაჟანგვა, წყალში გახსნა და გრაფინი ქიმიური ორთქლის საშუალებით. დეპონირება. თუმცა, არსებობს მხოლოდ რამდენიმე სუბსტრატი, რომლებზეც გრაფენის დეპონირება შესაძლებელია ამ გზით. თქვენ შეგიძლიათ ქიმიურად შეამციროთ გრაფენის ოქსიდი, მაგრამ თუ ამას გააკეთებთ, თქვენ მიიღებთ უხარისხო გრაფენს. თქვენ ასევე შეგიძლიათ აწარმოოთ გრაფენი მექანიკური აქერცვლებით. , მაგრამ ეს არ გაძლევთ საშუალებას აკონტროლოთ თქვენ მიერ წარმოებული გრაფენის ზომა ან სისქე.
სწორედ აქ მოდის ლაზერული გრავირებული გრაფენის მიღწევები. ამის მისაღწევად ორი ძირითადი გზა არსებობს. ერთი არის გრაფენის ოქსიდით დაწყება. ისევე როგორც ადრე: იღებთ გრაფიტს და აჟანგებთ, მაგრამ ქიმიურად შემცირების ნაცვლად, ამცირებთ მას. ლაზერით. ქიმიურად შემცირებული გრაფენის ოქსიდისგან განსხვავებით, ეს არის მაღალი ხარისხის პროდუქტი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას სუპერკონდენსატორების, ელექტრონული სქემებისა და მეხსიერების ბარათებში და სხვა.
თქვენ ასევე შეგიძლიათ გამოიყენოთ პოლიიმიდი, მაღალი ტემპერატურის პლასტმასი და ნიმუშის გრაფენი პირდაპირ ლაზერთან ერთად. ლაზერი არღვევს ქიმიურ ბმებს პოლიიმიდურ ქსელში და ნახშირბადის ატომები თერმულად რეორგანიზაცია ხდება თხელი, მაღალი ხარისხის გრაფენის ფურცლების შესაქმნელად. პოლიიმიდმა აჩვენა. ტონა პოტენციური აპლიკაციები, რადგან თუ თქვენ შეძლებთ მასზე გრაფენის სქემების ამოტვიფრვას, შეგიძლიათ, ძირითადად, ნებისმიერი ფორმის პოლიიმიდი გადააქციოთ ტარებად ელექტრონიკად. ეს, რამდენიმეს დასახელებისთვის, მოიცავს:
მაგრამ, ალბათ, ყველაზე ამაღელვებელი - ლაზერული გრავირებული გრაფენის ახალი აღმოჩენების გაჩენის, აღმავლობისა და ყველგან სივრცის გათვალისწინებით - არის იმის ჰორიზონტზე, რაც ამჟამად შესაძლებელია. ლაზერული გრავირებული გრაფენით შეგიძლიათ მიიღოთ ენერგია და შეინახოთ ენერგია: ენერგიის მაკონტროლებელი მოწყობილობა. .ტექნოლოგიის წარუმატებლობის ერთ-ერთი ყველაზე საშინელი მაგალითია ბატარეები. დღეს ჩვენ თითქმის ვიყენებთ მშრალი უჯრედის ქიმიას ელექტრო ენერგიის შესანახად, მრავალსაუკუნოვანი ტექნოლოგია. ახალი შესანახი მოწყობილობების პროტოტიპები, როგორიცაა თუთია-ჰაერის ბატარეები და მყარი მდგომარეობა. შეიქმნა მოქნილი ელექტროქიმიური კონდენსატორები.
ლაზერული გრავირებით გრაფენით, ჩვენ შეგვიძლია არა მხოლოდ რევოლუცია მოვახდინოთ ენერგიის შესანახად, არამედ შევქმნათ სატარებელი მოწყობილობები, რომლებიც გარდაქმნის მექანიკურ ენერგიას ელექტროენერგიად: ტრიბოელექტრული ნანოგენერატორები. ჩვენ შეგვიძლია შევქმნათ შესანიშნავი ორგანული ფოტოელექტროები, რომლებსაც აქვთ მზის ენერგიის რევოლუციის პოტენციალი. ჩვენ ასევე შეუძლია მოქნილი ბიოსაწვავის უჯრედების დამზადება; შესაძლებლობები უზარმაზარია. ენერგიის შეგროვებისა და შენახვის საზღვრებზე რევოლუციები მოკლევადიან პერსპექტივაშია.
გარდა ამისა, ლაზერული გრავირებული გრაფენი უნდა დაიწყოს უპრეცედენტო სენსორების ეპოქაში. ეს მოიცავს ფიზიკურ სენსორებს, რადგან ფიზიკური ცვლილებები (როგორიცაა ტემპერატურა ან დაძაბულობა) იწვევს ცვლილებებს ელექტრულ თვისებებში, როგორიცაა წინააღმდეგობა და წინაღობა (რომლებიც ასევე მოიცავს ტევადობისა და ინდუქციურობის წვლილს. იგი ასევე მოიცავს მოწყობილობებს, რომლებიც აღმოაჩენენ გაზის თვისებებსა და ტენიანობის ცვლილებებს და – ადამიანის სხეულზე გამოყენებისას – ადამიანის სასიცოცხლო ნიშნების ფიზიკურ ცვლილებებს. მაგალითად, Star Trek-ის ინსპირირებული ტრიკორდერის იდეა შეიძლება სწრაფად მოძველდეს. უბრალოდ სასიცოცხლო ნიშნების მონიტორინგის პაჩის მიმაგრება, რომელიც მყისიერად გვაფრთხილებს ჩვენს სხეულში რაიმე შემაშფოთებელ ცვლილებაზე.
აზროვნების ამ ხაზმა ასევე შეიძლება გახსნას სრულიად ახალი ველი: ბიოსენსორები, რომლებიც დაფუძნებულია ლაზერული გრავირებული გრაფენის ტექნოლოგიაზე. ხელოვნური ყელი, რომელიც დაფუძნებულია ლაზერზე გრავირებულ გრაფენზე, დაგეხმარებათ ყელის ვიბრაციის მონიტორინგში, ხველას, ზუზუნს, ყვირილს, გადაყლაპვასა და ქნევას შორის. მოძრაობები.ლაზერული გრავირებულ გრაფენს ასევე აქვს დიდი პოტენციალი, თუ გსურთ შექმნათ ხელოვნური ბიორეცეპტორი, რომელსაც შეუძლია მიმართოს კონკრეტულ მოლეკულებს, შეიმუშავოს სხვადასხვა ტარებადი ბიოსენსორები, ან თუნდაც დაეხმაროს სხვადასხვა ტელემედიცინის აპლიკაციების ჩართვას.
მხოლოდ 2004 წელს შეიქმნა გრაფენის ფურცლების წარმოების მეთოდი, ყოველ შემთხვევაში, განზრახ, პირველად. მას შემდეგ, რაც 17 წლის განმავლობაში, პარალელური მიღწევების სერიამ საბოლოოდ გამოავლინა რევოლუციის შესაძლებლობა ელექტრონიკასთან ადამიანების ურთიერთქმედების გზაზე. გრაფენზე დაფუძნებული მოწყობილობების წარმოებისა და დამზადების ყველა არსებულ მეთოდთან შედარებით, ლაზერული გრავირებული გრაფენი იძლევა მარტივ, მასობრივად წარმომქმნელ, მაღალხარისხიან და იაფ გრაფენის შაბლონებს სხვადასხვა აპლიკაციებში, მათ შორის კანის ელექტრონიკის შეცვლას.
უახლოეს მომავალში, მიზანშეწონილია ველოდოთ წინსვლას ენერგეტიკულ სექტორში, მათ შორის ენერგიის კონტროლის, ენერგიის დაგროვებისა და ენერგიის შენახვა. ასევე ახლო პერსპექტივაში იქნება პროგრესი სენსორებში, მათ შორის ფიზიკურ სენსორებში, გაზის სენსორებში და ბიოსენსორებშიც კი. ყველაზე დიდი რევოლუცია, სავარაუდოდ, მოდის ტარების ხელსაწყოებიდან, მათ შორის, დიაგნოსტიკური ტელემედიცინის აპლიკაციებისთვის. რა თქმა უნდა, ბევრი გამოწვევა და დაბრკოლება რჩება. მაგრამ ეს დაბრკოლებები მოითხოვს ეტაპობრივ და არა რევოლუციურ გაუმჯობესებას. როგორც დაკავშირებული მოწყობილობები და ნივთების ინტერნეტი კვლავ იზრდება, საჭიროა ულტრაპატარა ელექტრონიკა უფრო დიდია, ვიდრე ოდესმე. გრაფენის ტექნოლოგიის უახლესი მიღწევებით, მომავალი მრავალი თვალსაზრისით უკვე აქ არის.