Գրեթե այն ամենը, ինչ մենք հանդիպում ենք ժամանակակից աշխարհում, որոշ չափով հենվում է էլեկտրոնային արտադրանքի վրա:Քանի որ մենք առաջին անգամ բացահայտեցինք, թե ինչպես օգտագործել էլեկտրականությունը մեխանիկական աշխատանք առաջացնելու համար, մենք ստեղծել ենք բոլոր չափերի սարքեր՝ բարելավելու մեր կյանքը:Լույսերից մինչև սմարթ հեռախոսներ՝ մեր մշակած յուրաքանչյուր սարք բաղկացած է ընդամենը մի քանի պարզ բաղադրիչներից, որոնք միացված են տարբեր կոնֆիգուրացիաներով:Փաստորեն, ավելի քան մեկ դար մենք ապավինում ենք.
Մեր ժամանակակից էլեկտրոնային հեղափոխությունը հիմնված է այս չորս տեսակի բաղադրիչների և ավելի ուշ տրանզիստորների վրա՝ մեզ բերելով գրեթե այն ամենը, ինչ մենք այսօր օգտագործում ենք:Երբ մենք ձգտում ենք փոքրացնել էլեկտրոնային սարքերը, վերահսկել մեր կյանքի և իրականության ավելի ու ավելի շատ ասպեկտներ, փոխանցել ավելի շատ տվյալներ ավելի քիչ էներգիայով և միացնել մեր սարքերը միմյանց հետ, մենք շուտով կհանդիպենք այս դասական սահմանափակումներին:տեխնոլոգիա.Սակայն 21-րդ դարի սկզբին հինգ առաջընթաց են հավաքվում, և դրանք սկսել են փոխել մեր ժամանակակից աշխարհը:Ահա թե ինչ է կատարվում ամեն ինչ։
1.) Գրաֆենի զարգացումը.Բնության մեջ հայտնաբերված կամ լաբորատոր պայմաններում ստեղծված բոլոր նյութերի մեջ ադամանդն այլևս ամենակարծր նյութը չէ։Վեցն ավելի կոշտ է, իսկ ամենադժվարը գրաֆենն է:2004 թվականին լաբորատորիայում պատահաբար առանձնացված գրաֆենը մեկ ատոմի հաստությամբ ածխածնի թիթեղ է, որը կողպված է վեցանկյուն բյուրեղյա ձևով:Այս առաջընթացից ընդամենը վեց տարի անց նրա հայտնագործողներ Անդրեյ Հեյմը և Կոստյա Նովոսելովը արժանացան ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակին:Այն ոչ միայն երբևէ եղած ամենադժվար նյութն է, և այն աներևակայելի դիմացկուն է ֆիզիկական, քիմիական և ջերմային սթրեսի նկատմամբ, այլև իսկապես կատարյալ ատոմային ցանց է:
«Գուցե մենք էլեկտրոնային արտադրանքի հերթական մանրացման շեմին ենք, որն ապագայում համակարգիչներն ավելի արդյունավետ կդարձնի»:
Գրաֆենը նաև ունի հմայիչ հաղորդիչ հատկություններ, ինչը նշանակում է, որ եթե էլեկտրոնային սարքերը, ներառյալ տրանզիստորները, պատրաստվեին գրաֆենից՝ սիլիցիումի փոխարեն, դրանք կարող էին ավելի փոքր և արագ լինել, քան այն ամենը, ինչ մենք այսօր ունենք:Եթե գրաֆենը խառնվում է պլաստիկի, ապա պլաստիկը կարող է վերածվել ջերմակայուն, ավելի ամուր նյութի և կարող է էլեկտրական հոսանք անցկացնել։Բացի այդ, գրաֆենի թափանցիկությունը լույսի նկատմամբ կազմում է մոտ 98%, ինչը նշանակում է, որ այն հեղափոխական է թափանցիկ սենսորային էկրանների, լույս արձակող վահանակների և նույնիսկ արևային մարտկոցների համար։Ինչպես ասել է Նոբելյան հիմնադրամը 11 տարի առաջ, «Գուցե մենք կանգնած ենք մեկ այլ էլեկտրոնային արտադրանքի փոքրացման եզրին, որն ապագայում համակարգիչներն ավելի արդյունավետ կդարձնի»:
2.) Մակերեւութային ամրացման ռեզիստորներ:Սա ամենահին «նոր տեխնոլոգիան» է, և յուրաքանչյուր ոք, ով երբևէ վերլուծել է համակարգիչը կամ բջջային հեռախոսը, կարող է ծանոթ լինել դրան։Մակերեւութային ամրացման դիմադրությունը փոքր ուղղանկյուն առարկա է, որը սովորաբար պատրաստված է կերամիկայից, երկու ծայրերում հաղորդիչ եզրերով:Կերամիկայի մշակումը կարող է կանխել հոսանքի հոսքը՝ առանց էներգիայի կամ ջեռուցման ցրելու, դրանով իսկ կարողանալով ստեղծել դիմադրողներ, որոնք գերազանցում են նախկինում օգտագործված հին ավանդական ռեզիստորներին՝ առանցքային կապարով ռեզիստորներին:
Այս բնութագրերը դրանք շատ հարմար են դարձնում ժամանակակից էլեկտրոնային սարքերի, հատկապես ցածր էներգիայի սպառման և շարժական սարքերի համար:Եթե Ձեզ անհրաժեշտ է դիմադրություն, կարող եք օգտագործել այս SMD-ներից մեկը (մակերևութային ամրացման սարքեր)՝ նվազեցնելու ռեզիստորի համար անհրաժեշտ չափը կամ ավելացնելու հզորությունը, որը կարող եք կիրառել դրանց վրա նույն չափի սահմաններում:
3.) Սուպեր կոնդենսատոր:Կոնդենսատորները հնագույն էլեկտրոնային տեխնոլոգիաներից են:Դրանք հիմնված են պարզ տեղադրման վրա, որտեղ երկու հաղորդիչ մակերեսներ (սալեր, գլաններ, գնդաձև թաղանթներ և այլն) միմյանցից բաժանված են փոքր հեռավորությամբ, և այս երկու մակերեսները կարող են պահպանել հավասար և հակադիր լիցքեր:Երբ փորձում եք հոսանք փոխանցել կոնդենսատորի միջով, այն լիցքավորվում է.երբ անջատում եք հոսանքը կամ միացնում եք երկու տախտակ, կոնդենսատորը լիցքաթափվում է:Կոնդենսատորներն ունեն կիրառությունների լայն շրջանակ, ներառյալ էներգիայի կուտակումը, էներգիայի միանգամյա արտանետման արագ պայթյունները և պիեզոէլեկտրական էլեկտրոնիկան, որտեղ սարքի ճնշման փոփոխությունները առաջացնում են էլեկտրոնային ազդանշաններ:
Իհարկե, շատ, շատ փոքր մասշտաբով շատ փոքր տարածություններով բազմաթիվ թիթեղներ արտադրելը ոչ միայն դժվար է, այլև հիմնովին սահմանափակ է:Նյութերի վերջին զարգացումները, հատկապես կալցիումի պղնձի տիտանատը (CCTO), հնարավորություն են տալիս մեծ քանակությամբ էլեկտրական լիցք պահել փոքր տարածություններում՝ գերկոնդենսատորներում:Այս մանրացված սարքերը կարող են լիցքավորվել և լիցքաթափվել բազմիցս՝ նախքան դրանք մաշվելը.նրանք ավելի արագ լիցքավորվում և լիցքաթափվում են;և նրանք 100 անգամ ավելի շատ էներգիա են պահում մեկ միավորի ծավալով, քան հին կոնդենսատորները:Ինչ վերաբերում է փոքրացված էլեկտրոնային արտադրանքներին, ապա դրանք խաղը փոխող տեխնոլոգիա են:
4.) Սուպեր ինդուկտորներ:«Մեծ եռյակից» վերջինը՝ Super Inductor-ը ամենանոր մասնակիցն է, որը չի իրականացվել մինչև 2018 թվականը: Ինդուկտորը հիմնականում կծիկ է, հոսանք և մագնիսացվող միջուկ, որոնք օգտագործվում են միասին:Ինդուկտորը դեմ է իր ներքին մագնիսական դաշտի փոփոխությանը, ինչը նշանակում է, որ եթե դուք փորձեք թույլ տալ, որ հոսանք անցնի մեկի միջով, այն որոշ ժամանակ կդիմադրի, այնուհետև թույլ կտա, որ հոսանքն ազատ անցնի դրա միջով, և վերջապես նորից դիմադրեք այս փոփոխությանը, երբ պտտեք պտուտակը: ընթացիկ անջատված:Ռեզիստորների և կոնդենսատորների հետ միասին դրանք բոլոր սխեմաների երեք հիմնական տարրերն են:Բայց կրկին, կա մի սահման, թե որքան փոքր կարող են դառնալ:
Խնդիրն այն է, որ ինդուկտիվության արժեքը կախված է ինդուկտորի մակերեսից, որը մանրանկարչության առումով երազանքի մարդասպան է:Սակայն, բացի դասական մագնիսական իմաստից, կա նաև շարժում հասկացությունը՝ հոսանք կրող մասնիկների իներցիան խանգարում է նրանց շարժման փոփոխությանը։Ճիշտ այնպես, ինչպես գծի մեջ գտնվող մրջյունները պետք է «խոսեն» միմյանց հետ՝ փոխելու իրենց արագությունը, այս հոսանք կրող մասնիկները (օրինակ՝ էլեկտրոնները) պետք է ուժ գործադրեն միմյանց վրա՝ արագացնելու կամ դանդաղեցնելու համար:Փոփոխությունների այս դիմադրությունը շարժման զգացողություն է ստեղծում:Kaustav Banerjee-ի Նանոէլեկտրոնիկայի հետազոտական լաբորատորիայի ղեկավարությամբ ստեղծվել է դինամիկ ինդուկտոր՝ օգտագործելով գրաֆենի տեխնոլոգիան՝ երբևէ ամենաբարձր ինդուկտիվության խտությամբ նյութը:
5.) Գրաֆեն դրեք ցանկացած սարքի մեջ:Հիմա եկեք հաշվենք.Մենք ունենք գրաֆեն։Մենք ունենք ռեզիստորների, կոնդենսատորների և ինդուկտորների «սուպեր» տարբերակներ՝ մանրացված, ամուր, հուսալի և արդյունավետ:Գոնե տեսականորեն, էլեկտրոնիկայի ծայրահեղ մանրանկարչության հեղափոխության վերջին խոչընդոտը ցանկացած նյութից պատրաստված գրեթե ցանկացած սարք էլեկտրոնային սարքի վերածելու ունակությունն է:Դա հնարավոր դարձնելու համար մեզ անհրաժեշտ է միայն գրաֆենի վրա հիմնված էլեկտրոնային սարքերը ներդնել ցանկացած տեսակի նյութի մեջ, որը ցանկանում ենք, ներառյալ ճկուն նյութերը:Այն փաստը, որ գրաֆենը ապահովում է լավ հեղուկություն, ճկունություն, ուժ և հաղորդունակություն, մինչդեռ անվնաս է մարդու մարմնի համար, այն դարձնում է իդեալական ընտրություն այս նպատակի համար:
Վերջին մի քանի տարիների ընթացքում գրաֆենը և գրաֆենային սարքավորումները արտադրվել են միայն մի քանի գործընթացների միջոցով, որոնք զգալի սահմանափակումներ ունեն:Դուք կարող եք օքսիդացնել սովորական հին գրաֆիտը, այնուհետև այն լուծել ջրի մեջ, իսկ հետո քիմիական գոլորշիների նստեցման միջոցով գրաֆեն պատրաստել:Այնուամենայնիվ, միայն մի քանի սուբստրատներ կարող են այս կերպ գրաֆեն կուտակել:Դուք կարող եք քիմիապես նվազեցնել գրաֆենի օքսիդը, բայց եթե դա անեք, ապա կհայտնվեք անորակ գրաֆենի հետ:Դուք կարող եք նաև գրաֆեն արտադրել մեխանիկական պիլինգով, սակայն դա թույլ չի տալիս վերահսկել արտադրվող գրաֆենի չափը կամ հաստությունը։
Այստեղ է գտնվում գրաֆենի լազերային փորագրման առաջընթացը:Դրան հասնելու երկու հիմնական ճանապարհ կա.Մեկը պետք է սկսել գրաֆենի օքսիդից:Նույնը, ինչ նախկինում՝ դուք օքսիդացնում եք գրաֆիտը, բայց քիմիապես փոքրացնելու փոխարեն՝ լազերային օգնությամբ փոքրացնում եք։Ի տարբերություն քիմիապես կրճատված գրաֆենի օքսիդի, սա ստեղծում է բարձրորակ արտադրանք, որը կարող է օգտագործվել գերկոնդենսատորներում, էլեկտրոնային սխեմաներում և հիշողության քարտերում, օրինակ՝ մի քանիսը:
Դուք կարող եք նաև օգտագործել պոլիիմիդը՝ բարձր ջերմաստիճանի պլաստիկ, և օգտագործել լազեր՝ գրաֆենը ուղղակիորեն դրա վրա ձևավորելու համար:Լազերը կոտրում է պոլիիմիդային ցանցի քիմիական կապերը, և ածխածնի ատոմները վերամիավորվում են ջերմության միջոցով՝ ձևավորելով բարակ, բարձրորակ գրաֆենի թիթեղ:Պոլիմիդը ցուցադրել է մեծ թվով պոտենցիալ կիրառություններ, քանի որ եթե դուք կարողանաք փորագրել գրաֆենի սխեմաներ դրա վրա, դուք հիմնականում կարող եք ցանկացած ձևի պոլիիմիդ վերածել կրելի էլեկտրոնային սարքի:Սրանք, մի քանիսը նշելու համար, ներառում են.
Բայց, թերևս, ամենահետաքրքիրը՝ հաշվի առնելով լազերային փորագրված գրաֆենի առաջացումն ու աճը և նոր հայտնագործությունների ամենուր տարածվածությունը, հորիզոնում է, որը ներկայումս հնարավոր է:Օգտագործելով լազերային փորագրված գրաֆեն՝ դուք կարող եք հավաքել և կուտակել էներգիա՝ էներգիայի կառավարման սարք:Տեխնոլոգիական առաջընթացի ամենացնցող օրինակներից մեկը մարտկոցներն են:Այսօր մենք գրեթե օգտագործում ենք չոր բջջային քիմիական մարտկոցներ էլեկտրական էներգիա պահելու համար, որը հարյուրավոր տարիների պատմություն ունեցող տեխնոլոգիա է:Ստեղծվել են պահեստավորման նոր սարքերի նախատիպեր, ինչպիսիք են ցինկ-օդային մարտկոցները և պինդ վիճակում ճկուն էլեկտրաքիմիական կոնդենսատորները:
Օգտագործելով լազերային փորագրված գրաֆենը, մենք կարող ենք ոչ միայն ամբողջությամբ փոխել էներգիայի պահպանման ձևը, այլև ստեղծել կրելի սարք, որը մեխանիկական էներգիան վերածում է էլեկտրական էներգիայի՝ շփման նանոգեներատոր:Մենք կարող ենք ստեղծել հիանալի օրգանական ֆոտոգալվանային սարքավորում, որը կարող է ամբողջությամբ փոխել արևային էներգիան։Մենք կարող ենք նաև պատրաստել կենսավառելիքի ճկուն բջիջներ.հնարավորությունները հսկայական են:Էներգիայի հավաքագրման և կուտակման առումով հեղափոխությունը շուտով տեղի կունենա կարճաժամկետ հեռանկարում։
Բացի այդ, լազերային փորագրված գրաֆենը պետք է սկսի աննախադեպ սենսորային դարաշրջան:Սա ներառում է ֆիզիկական սենսորները, քանի որ ֆիզիկական փոփոխությունները, ինչպիսիք են ջերմաստիճանը կամ լարվածությունը, կարող են հանգեցնել էլեկտրական բնութագրերի փոփոխությունների, ինչպիսիք են դիմադրությունը և դիմադրությունը (ներառյալ հզորության և ինդուկտիվության ներդրումը):Այն նաև ներառում է սարքեր, որոնք հայտնաբերում են գազի բնութագրերի և խոնավության փոփոխությունները, և, երբ կիրառվում են մարդու մարմնի վրա, ինչ-որ մեկի կենսական նշանների ֆիզիկական փոփոխությունները:Օրինակ՝ «Star Trek»-ը ոգեշնչել է եռակողմ գործիքի գաղափարը, քանի դեռ պարզապես տեղադրված է կենսական նշանների մոնիտորինգի կարկատան, այն մեզ անմիջապես կհիշեցնի մարմնի ցանկացած անհանգստացնող փոփոխությունների մասին, որոնք շուտով կհնանան։
Այս գաղափարը կարող է նաև բացել բոլորովին նոր դաշտ՝ բիոսենսորներ, որոնք հիմնված են գրաֆենի լազերային փորագրման տեխնոլոգիայի վրա:Լազերային փորագրված գրաֆենի վրա հիմնված արհեստական կոկորդը կարող է օգնել վերահսկել կոկորդի թրթռումները և բացահայտել ազդանշանային տարբերությունները հազի, բզզոցի, ճչալու, կուլ տալու և գլխով շարժման միջև:Եթե ցանկանում եք ստեղծել արհեստական կենսաընկալիչ, որը կարող է թիրախավորել կոնկրետ մոլեկուլներ, նախագծել տարբեր կրելի կենսասենսորներ և նույնիսկ օգնել իրականացնել հեռաբժշկության տարբեր կիրառումներ, ապա լազերային փորագրված գրաֆենը նույնպես մեծ ներուժ ունի:
Միայն 2004 թվականին առաջին անգամ ստեղծվեց գրաֆենի թիթեղներ արտադրելու մեթոդը, գոնե միտումնավոր:Հաջորդ 17 տարիների ընթացքում մի շարք զուգահեռ առաջընթացներ վերջապես առաջին պլան մղեցին մարդկանց փոխազդեցության ձևը էլեկտրոնային սարքերի հետ ամբողջությամբ փոխելու հնարավորությունը:Համեմատած գրաֆենի վրա հիմնված սարքերի արտադրության և արտադրության բոլոր նախկին մեթոդների հետ՝ լազերային փորագրված գրաֆենը թույլ է տալիս պարզ, զանգվածային արտադրության, բարձրորակ և էժան գրաֆենի նախշեր տարբեր կիրառություններում, ներառյալ մաշկի էլեկտրոնիկան:փոփոխություն.
Մոտ ապագայում անհիմն չէ ակնկալել առաջընթաց էներգետիկայի ոլորտում, ներառյալ էներգիայի վերահսկումը, էներգիայի հավաքագրումը և էներգիայի կուտակումը:Մոտ ապագայում առաջընթացներ կան նաև սենսորների, ներառյալ ֆիզիկական սենսորների, գազի սենսորների և նույնիսկ բիոսենսորների ոլորտում:Ամենամեծ հեղափոխությունը կարող է գալ կրելի սարքերից, այդ թվում՝ հեռաբժշկության հավելվածների ախտորոշման համար օգտագործվող սարքերից:Անշուշտ, դեռ շատ մարտահրավերներ և խոչընդոտներ կան:Բայց այս խոչընդոտները պահանջում են ոչ թե հեղափոխական, այլ աստիճանական բարելավում:Միացված սարքերի և իրերի ինտերնետի շարունակական զարգացման պայմաններում ծայրահեղ փոքր էլեկտրոնային արտադրանքների պահանջարկն ավելի մեծ է, քան երբևէ:Գրաֆենի տեխնոլոգիայի վերջին զարգացումներով, շատ առումներով, ապագան եկել է:
Ջրի մաքրման նոր տեսակը, որը կարող է պարզապես և արագ մաքրել գետի ջուրը, կօգնի լուծել խմելու ջրի գլոբալ սղության խնդիրը:
Հրապարակման ժամանակը` Փետրվար-11-2020