fréttir

Næstum allt sem við lendum í nútímanum byggir að einhverju leyti á rafeindatækni. Síðan við uppgötvuðum fyrst hvernig á að nota rafmagn til að búa til vélræna vinnu höfum við búið til stór og smá tæki til að bæta líf okkar tæknilega. Allt frá rafljósum til snjallsíma, hvert tæki sem við þróum samanstendur af örfáum einföldum íhlutum sem eru saumaðir saman í ýmsum stillingum. Reyndar höfum við í meira en öld reitt okkur á:
Nútíma rafeindabyltingin okkar byggir á þessum fjórum tegundum íhluta, auk – síðar – smára, til að færa okkur nánast allt sem við notum í dag. Þegar við keppumst að því að smækka rafeindatæki, fylgjumst með fleiri og fleiri þáttum lífs okkar og veruleika, sendum meiri gögn með minna afl og tengja tæki okkar hvert við annað, við komumst fljótt yfir þessi sígildu takmörk. Tækni. En snemma á 20. áratugnum komu fimm framfarir allar saman og þær eru farnar að umbreyta nútíma heimi okkar. Svona fór þetta allt saman.
1.) Þróun grafen.Af öllum efnum sem finnast í náttúrunni eða búið til í rannsóknarstofunni er demantur ekki lengur harðasta efnið. Það eru sex harðari, það erfiðasta er grafen. Árið 2004, grafen, atómþykkt lak af kolefni læst saman í sexhyrndu kristalmynstri, var fyrir slysni einangruð í rannsóknarstofunni. Aðeins sex árum eftir þessa framrás fengu uppgötvendur þess Andrei Heim og Kostya Novoselov Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði. Þetta er ekki bara harðasta efni sem framleitt hefur verið, ótrúlega seigur til líkamlegt, efnafræðilegt og varmaálag, en það er í raun fullkomin grind af atómum.
Grafen hefur einnig heillandi leiðandi eiginleika, sem þýðir að ef hægt væri að búa til rafeindatæki, þar á meðal smára, úr grafeni í stað kísils, gætu þau hugsanlega verið smærri og hraðari en allt sem við höfum í dag. Ef grafen er blandað í plast er hægt að breyta því í plast. hitaþolið, sterkara efni sem leiðir einnig rafmagn. Auk þess er grafen um 98% gegnsætt fyrir ljósi, sem þýðir að það er byltingarkennd fyrir gagnsæja snertiskjái, ljósgeisla spjöld og jafnvel sólarsellur. Eins og Nóbelsstofnunin orðaði það 11 ár. síðan, „kannski erum við á barmi annarrar smæðun rafeindatækni sem mun leiða til þess að tölvur verða skilvirkari í framtíðinni.
2.) Yfirborðsfestingarviðnám. Þetta er elsta „nýja“ tæknin og er sennilega kunnugleg öllum sem hafa krufið tölvu eða farsíma. Yfirborðsfestingarviðnám er pínulítill rétthyrndur hlutur, venjulega úr keramik, með leiðandi brúnir á báðum lýkur.Þróun keramik, sem standast straumflæði án þess að dreifa miklu afli eða hita, hefur gert það mögulegt að búa til viðnám sem eru betri en eldri hefðbundnu viðnám sem notað var áður: axial blý viðnám.
Þessir eiginleikar gera það tilvalið til notkunar í nútíma rafeindatækni, sérstaklega orkusnauðri og farsímum. Ef þú þarft viðnám geturðu notað einn af þessum SMD-tækjum (yfirborðsfestingartækjum) til að minnka stærðina sem þú þarft fyrir viðnámið, eða til að auka krafturinn sem þú getur beitt þeim innan sömu stærðartakmarkana.
3.) Ofurþéttar.Þéttar eru ein elsta rafeindatæknin.Þeir eru byggðir á einfaldri uppsetningu þar sem tveir leiðandi fletir (plötur, strokka, kúlulaga skeljar o.s.frv.) eru aðskildar frá hvor öðrum með lítilli fjarlægð, og þeir tveir yfirborð geta viðhaldið jöfnum og gagnstæðum hleðslum. Þegar þú reynir að koma straumi í gegnum þéttann hleðst hann og þegar þú slekkur á straumnum eða tengir plöturnar tvær þá losnar þéttarnir. hraður springur af losuðu orku, og piezoelectric rafeindatækni, þar sem breytingar á þrýstingi tækisins mynda rafboð.
Auðvitað er það ekki bara krefjandi að búa til margar plötur aðskildar með örsmáum fjarlægðum á mjög litlum mælikvarða heldur í grundvallaratriðum takmörkuð. Nýlegar framfarir í efnum - sérstaklega kalsíumkopartítanati (CCTO) - geta geymt mikið magn af hleðslu í pínulitlum rýmum: ofurþétta. Hægt er að hlaða og tæma þessi smækkuðu tæki margoft áður en þau slitna;hlaða og losa hraðar;og geyma 100 sinnum meiri orku á hverja rúmmálseiningu eldri þétta. Þeir eru tækni sem breytir leik þegar kemur að því að smækka rafeindatækni.
4.) Ofurspólar.Sem sá síðasti af "stóru þremur," er ofurspólinn nýjasti leikmaðurinn sem kemur út til ársins 2018. Spóla er í grundvallaratriðum spóla með straumi sem notaður er með segulmagnandi kjarna. Spólar eru á móti breytingum á innri segulmagni þeirra. sviði, sem þýðir að ef þú reynir að láta straum flæða í gegnum það, þá veitir það viðnám í smá stund, leyfir síðan straumi að flæða frjálst í gegnum það og þolir loks breytingar aftur þegar þú slekkur á straumnum. Ásamt viðnámum og þéttum eru þeir þrír grunnþættir allra hringrása. En aftur, það eru takmörk fyrir því hversu litlar þær geta orðið.
Vandamálið er að inductance gildi er háð yfirborðsflatarmáli inductor, sem er draumadrepandi hvað varðar smæðingu. En til viðbótar við klassíska segulinductance, það er líka hugmyndin um hreyfiorku inductance: tregðu af straumberandi agnirnar sjálfar koma í veg fyrir breytingar á hreyfingu þeirra. Rétt eins og maurar í röð verða að "tala" saman til að breyta hraða sínum, þurfa þessar straumberandi agnir, eins og rafeindir, að beita krafti hver á aðra til að flýta fyrir eða hægja á.Þessi viðnám gegn breytingum skapar tilfinningu fyrir hreyfingu.Undir leiðtoga rannsóknarstofu Kaustav Banerjee í nanó rafeindatækni hefur nú verið þróað hreyfiorkuspóli sem notar grafentækni: hæsta spóluþéttni efni sem hefur verið skráð.
5.) Settu grafen í hvaða tæki sem er. Nú skulum við gera úttekt. Við erum með grafen. Við erum með „ofur“ útgáfur af viðnámum, þéttum og spólum - smækkuð, öflug, áreiðanleg og skilvirk. Lokahindrun í ofur-smávæðingarbyltingunni í rafeindatækni , að minnsta kosti í orði, er hæfileikinn til að breyta hvaða tæki sem er (gert úr nánast hvaða efni sem er) í rafeindatæki. Til að gera þetta mögulegt þurfum við aðeins að setja rafeindatækni sem byggir á grafeni inn í hvers kyns efni sem við viljum, þ.mt sveigjanleg efni. Sú staðreynd að grafen hefur góða vökva, sveigjanleika, styrk og leiðni, á sama tíma og það er skaðlaust mönnum, gerir það tilvalið í þessum tilgangi.
Undanfarin ár hafa grafen- og grafentæki verið framleidd á þann hátt sem aðeins hefur verið náð með örfáum ferlum sem sjálfir eru frekar strangir. Þú getur oxað venjulegt gamalt grafít, leyst það upp í vatni og búið til grafen með efnagufu Hins vegar eru aðeins örfá hvarfefni sem grafen er hægt að setja á með þessum hætti. Þú getur dregið úr grafenoxíði efnafræðilega, en ef þú gerir það endar þú með léleg gæði grafen. Þú getur líka framleitt grafen með vélrænni afhúðun , en þetta leyfir þér ekki að stjórna stærð eða þykkt grafensins sem þú framleiðir.
Þetta er þar sem framfarir í lasergrafeni grafen koma inn. Það eru tvær meginleiðir til að ná þessu. Önnur er að byrja á grafenoxíði. Sama og áður: þú tekur grafít og oxar það, en í stað þess að minnka það efnafræðilega, minnkarðu það með leysi. Ólíkt efnafræðilega skertu grafenoxíði er það hágæða vara sem hægt er að nota í ofurþétta, rafrásir og minniskort, meðal annarra.
Þú getur líka notað pólýímíð, háhitaplast, og mynsturgrafén beint með leysi. Laserinn slítur efnatengi í pólýímíð netinu og kolefnisatómin endurskipuleggja sig varma og mynda þunn, hágæða grafenblöð. Pólýímíð hefur sýnt sig. tonn af mögulegum forritum, því ef þú getur grafið grafen hringrás á það, getur þú í rauninni breytt hvaða lögun sem er af pólýímíði í rafeindabúnað sem hægt er að nota. Þetta, svo eitthvað sé nefnt, eru:
En það sem er kannski mest spennandi - í ljósi tilkomu, hækkunar og alls staðar nýrra uppgötvana á leysigrafeni - er á sjóndeildarhring þess sem er mögulegt um þessar mundir. Með lasergrafeni geturðu safnað og geymt orku: orkustýrandi tæki .Eitt skelfilegasta dæmið um að tæknin nái ekki framþróun eru rafhlöður.Í dag notum við næstum þurrfrumuefnafræði til að geyma raforku, aldagömul tækni.Frumgerðir nýrra geymslutækja, svo sem sink-loftrafhlöður og solid-state sveigjanlegir rafefnafræðilegir þéttar, hafa verið búnir til.
Með leysigreyptu grafeni getum við ekki aðeins gjörbylt því hvernig við geymum orku, heldur getum við líka búið til tæki sem hægt er að nota til að umbreyta vélrænni orku í rafmagn: þrírafmagns nanórafalla. Við getum búið til ótrúlega lífræna ljósaorku sem hafa tilhneigingu til að gjörbylta sólarorku. gæti líka búið til sveigjanlegar lífeldsneytisfrumur;möguleikarnir eru miklir. Á mörkum þess að safna og geyma orku eru byltingar allar til skamms tíma.
Ennfremur ætti leysigrafið grafen að hefja tímabil áður óþekktra skynjara. Þetta felur í sér líkamlega skynjara, þar sem eðlisfræðilegar breytingar (svo sem hitastig eða álag) valda breytingum á rafeiginleikum eins og viðnám og viðnám (sem einnig felur í sér framlag rýmds og inductance) ).Það felur einnig í sér tæki sem greina breytingar á gaseiginleikum og rakastigi, og - þegar það er borið á mannslíkamann - líkamlegar breytingar á lífsmörkum einhvers. Til dæmis gæti hugmyndin um Star Trek-innblásinn þrícorder fljótt orðið úrelt með einfaldlega að festa lífsmerkjaplástur sem varar okkur samstundis við öllum áhyggjufullum breytingum á líkama okkar.
Þessi hugsunarháttur gæti einnig opnað allt nýtt svið: lífskynjara sem byggjast á leysigrafinni grafentækni. Gervihálsi byggður á leysigreyptu grafeni gæti hjálpað til við að fylgjast með titringi í hálsi, bera kennsl á merkjamun á milli hósta, suðs, öskra, kyngingar og kinkunar. hreyfingar. Lasergrafið grafen hefur einnig mikla möguleika ef þú vilt búa til gervi lífviðtaka sem getur miðað á sérstakar sameindir, hannað ýmsa lífskynjara sem hægt er að nota eða jafnvel hjálpað til við að virkja ýmis fjarlækningaforrit.
Það var ekki fyrr en árið 2004 sem aðferð til að framleiða grafenplötur, að minnsta kosti viljandi, var fyrst þróuð. Á 17 árum síðan hefur röð samhliða framfara loksins komið í fremstu röð möguleikann á að gjörbylta samskiptum manna við rafeindatækni. Í samanburði við allar núverandi aðferðir til að framleiða og búa til grafen-undirstaða tæki, gerir leysigrafið grafen kleift að gera einföld, fjöldaframleiðanleg, hágæða og ódýr grafenmynstur í ýmsum forritum, þar með talið rafeindatækni í húð.
Í náinni framtíð er eðlilegt að búast við framförum í orkugeiranum, þar á meðal orkustýringu, orkuöflun og orkugeymslu. Einnig á næstunni verða framfarir í skynjara, þar á meðal eðlisnema, gasskynjara og jafnvel lífskynjara. byltingin mun líklega koma frá klæðnaði, þar á meðal tækjum til greiningar á fjarlækningum. Vissulega eru margar áskoranir og hindranir enn eftir. En þessar hindranir krefjast stigvaxandi frekar en byltingarkenndra umbóta. Eftir því sem tengd tæki og Internet hlutanna halda áfram að vaxa, er þörfin fyrir ofurlítil rafeindatækni er meiri en nokkru sinni fyrr.Með nýjustu framförum í grafentækni er framtíðin nú þegar hér á margan hátt.