اخبار

تقریباً هر چیزی که در دنیای مدرن با آن روبرو می شویم تا حدی به الکترونیک متکی است. از زمانی که برای اولین بار کشف کردیم که چگونه از الکتریسیته برای تولید کارهای مکانیکی استفاده کنیم، دستگاه هایی بزرگ و کوچک برای بهبود فنی زندگی خود ایجاد کرده ایم. از چراغ های الکتریکی گرفته تا تلفن های هوشمند، هر دستگاهی ما توسعه می دهیم فقط شامل چند جزء ساده است که در پیکربندی های مختلف به هم دوخته شده اند. در واقع، برای بیش از یک قرن، ما بر روی آنها تکیه کرده ایم:
انقلاب الکترونیک مدرن ما متکی به این چهار نوع جزء، بعلاوه - بعدها - ترانزیستورها است تا تقریباً همه چیزهایی را که امروز استفاده می کنیم را برای ما به ارمغان بیاورد. همانطور که ما برای کوچک سازی وسایل الکترونیکی مسابقه می دهیم، بیشتر و بیشتر جنبه های زندگی و واقعیت خود را نظارت می کنیم، داده های بیشتری را با انرژی کمتر، و دستگاه‌هایمان را به یکدیگر متصل کنیم، ما به سرعت با این محدودیت‌های کلاسیک مواجه می‌شویم. فناوری. اما، در اوایل دهه 2000، پنج پیشرفت همه با هم جمع شدند و شروع به تغییر دنیای مدرن ما کردند. در اینجا همه چیز چگونه پیش رفت.
1.) توسعه گرافن. از بین تمام موادی که در طبیعت یافت می شود یا در آزمایشگاه ایجاد می شود، الماس دیگر سخت ترین ماده نیست. شش ماده سخت تر وجود دارد که سخت ترین آنها گرافن است. در سال 2004، گرافن، ورقه ای از کربن به ضخامت اتم بود. در یک الگوی کریستالی شش ضلعی در کنار هم قفل شده بود و به طور تصادفی در آزمایشگاه جدا شد. تنها شش سال پس از این پیشرفت، کاشفان آن آندری هایم و کوستیا نووسلوف جایزه نوبل فیزیک را دریافت کردند. تنش فیزیکی، شیمیایی و حرارتی، اما در واقع یک شبکه کامل از اتم ها است.
گرافن همچنین دارای خواص رسانایی شگفت‌انگیزی است، به این معنی که اگر دستگاه‌های الکترونیکی، از جمله ترانزیستورها، از گرافن به جای سیلیکون ساخته شوند، به‌طور بالقوه می‌توانند کوچک‌تر و سریع‌تر از هر چیزی که امروز داریم باشند. اگر گرافن با پلاستیک مخلوط شود، می‌توان آن را به پلاستیک تبدیل کرد. ماده ای مقاوم در برابر حرارت و قوی تر که جریان الکتریسیته را نیز هدایت می کند. علاوه بر این، گرافن حدود 98 درصد نسبت به نور شفاف است، به این معنی که برای صفحه نمایش های لمسی شفاف، پانل های ساطع کننده نور و حتی سلول های خورشیدی انقلابی است. همانطور که بنیاد نوبل 11 سال گفته است. پیش از این، "شاید ما در آستانه کوچک سازی دیگری از الکترونیک هستیم که منجر به کارآمدتر شدن رایانه ها در آینده می شود."
2.) مقاومت های نصب سطحی. این قدیمی ترین فناوری "جدید" است و احتمالاً برای هر کسی که کامپیوتر یا تلفن همراه را کالبدشکافی کرده است آشنا است. مقاومت نصب سطحی یک جسم کوچک مستطیل شکل است که معمولاً از سرامیک ساخته می شود و لبه های رسانا در هر دو دارد. توسعه سرامیک‌ها که در برابر جریان جریان بدون اتلاف انرژی یا گرمای زیاد مقاومت می‌کنند، امکان ایجاد مقاومت‌هایی را فراهم کرده است که نسبت به مقاومت‌های سنتی قدیمی‌تر که قبلاً استفاده می‌شده‌اند: مقاومت‌های سربی محوری، برتری دارند.
این ویژگی‌ها آن را برای استفاده در الکترونیک مدرن، به‌ویژه دستگاه‌های کم مصرف و موبایل ایده‌آل می‌کند. اگر به مقاومت نیاز دارید، می‌توانید از یکی از این SMD‌ها (دستگاه‌های نصب سطحی) برای کاهش اندازه مورد نیاز مقاومت‌ها یا افزایش آن استفاده کنید. قدرتی که می‌توانید با محدودیت‌های اندازه مشابه به آن‌ها اعمال کنید.
3.) ابرخازن ها. خازن ها یکی از قدیمی ترین فناوری های الکترونیکی هستند. آنها بر اساس یک راه اندازی ساده ساخته شده اند که در آن دو سطح رسانا (صفحات، سیلندرها، پوسته های کروی و غیره) با فاصله کمی از یکدیگر جدا شده اند و این دو سطوح می توانند بارهای برابر و مخالف را حفظ کنند. هنگامی که شما سعی می کنید جریان را از خازن عبور دهید، آن شارژ می شود و هنگامی که جریان را قطع می کنید یا دو صفحه را به هم وصل می کنید، خازن تخلیه می شود. خازن ها کاربردهای گسترده ای دارند، از جمله ذخیره انرژی، انفجار سریع انرژی آزاد شده و الکترونیک پیزوالکتریک، که در آن تغییرات فشار دستگاه سیگنال های الکتریکی تولید می کند.
البته، ساخت صفحات متعدد که با فواصل کوچک در مقیاس بسیار بسیار کوچک از هم جدا می شوند، نه تنها چالش برانگیز است، بلکه اساساً محدود است. پیشرفت های اخیر در مواد - به ویژه تیتانات مس کلسیم (CCTO) - می تواند مقادیر زیادی بار را در فضاهای کوچک ذخیره کند: ابرخازن ها. این دستگاه های کوچک می توانند چندین بار قبل از فرسودگی شارژ و تخلیه شوند. شارژ و تخلیه سریعتر؛ و 100 برابر انرژی در واحد حجم خازن‌های قدیمی‌تر ذخیره می‌کنند. وقتی صحبت از کوچک کردن وسایل الکترونیکی به میان می‌آید، آنها یک فناوری تغییردهنده بازی هستند.
4.) ابر سلف. به عنوان آخرین "سه بزرگ"، ابرالقاگر آخرین پخش کننده ای است که تا سال 2018 عرضه شد. سلف اساساً یک سیم پیچ با جریانی است که با یک هسته قابل مغناطیسی استفاده می شود. سلف ها با تغییرات مغناطیسی داخلی خود مخالف هستند. فیلد، به این معنی که اگر بخواهید جریان را از آن عبور دهید، برای مدتی مقاومت می کند، سپس اجازه می دهد جریان آزادانه از آن عبور کند، و در نهایت با خاموش کردن جریان، دوباره در برابر تغییرات مقاومت می کند. همراه با مقاومت ها و خازن ها، آنها هستند. سه عنصر اساسی همه مدارها. اما باز هم محدودیتی برای کوچک شدن آنها وجود دارد.
مشکل این است که مقدار اندوکتانس به مساحت سطح سلف بستگی دارد، که از نظر کوچک سازی یک قاتل رویایی است. اما علاوه بر اندوکتانس مغناطیسی کلاسیک، مفهوم اندوکتانس انرژی جنبشی نیز وجود دارد: اینرسی خود ذرات حامل جریان از تغییر در حرکت آنها جلوگیری می کنند. همانطور که مورچه ها در یک خط باید با یکدیگر صحبت کنند تا سرعت خود را تغییر دهند، این ذرات حامل جریان نیز مانند الکترون ها برای افزایش سرعت باید به یکدیگر نیرو وارد کنند. این مقاومت در برابر تغییر حس حرکت را ایجاد می کند. تحت رهبری آزمایشگاه تحقیقاتی نانوالکترونیک کائوستاو بانرجی، القاگر انرژی جنبشی با استفاده از فناوری گرافن ساخته شده است: بالاترین چگالی اندوکتانسی که تاکنون ثبت شده است.
5.) گرافن را در هر وسیله ای قرار دهید. حالا بیایید حساب کنیم. ما گرافن داریم. ما نسخه های فوق العاده ای از مقاومت ها، خازن ها و سلف ها داریم - کوچک، قوی، قابل اعتماد و کارآمد. آخرین مانع در انقلاب فوق کوچک سازی در الکترونیک حداقل در تئوری، توانایی تبدیل هر وسیله ای (تقریباً از هر ماده ای) به یک وسیله الکترونیکی است. برای اینکه این امکان را فراهم کنیم، تنها چیزی که نیاز داریم این است که بتوانیم وسایل الکترونیکی مبتنی بر گرافن را در هر نوع ماده ای که می خواهیم جاسازی کنیم. از جمله مواد انعطاف پذیر. این واقعیت که گرافن دارای سیالیت، انعطاف پذیری، استحکام و رسانایی خوبی است، در عین حال که برای انسان بی ضرر است، آن را برای این منظور ایده آل می کند.
در چند سال گذشته، دستگاه‌های گرافن و گرافن به‌گونه‌ای ساخته شده‌اند که تنها از طریق تعداد انگشت شماری از فرآیندها به دست آمده است. رسوب گذاری. با این حال، تنها چند لایه وجود دارد که گرافن را می توان به این روش بر روی آنها رسوب داد. شما می توانید اکسید گرافن را از نظر شیمیایی کاهش دهید، اما اگر این کار را انجام دهید، در نهایت به گرافن بی کیفیت خواهید رسید. همچنین می توانید گرافن را با لایه برداری مکانیکی تولید کنید. ، اما این به شما اجازه نمی دهد اندازه یا ضخامت گرافنی را که تولید می کنید کنترل کنید.
اینجاست که پیشرفت‌ها در گرافن حکاکی شده با لیزر به وجود می‌آیند. دو راه اصلی برای رسیدن به این هدف وجود دارد. یکی شروع با اکسید گرافن است. مانند قبل: گرافیت را می‌گیرید و اکسید می‌کنید، اما به جای کاهش شیمیایی، آن را کاهش می‌دهید. با لیزر. برخلاف اکسید گرافن احیا شده شیمیایی، این یک محصول با کیفیت است که می‌تواند در ابرخازن‌ها، مدارهای الکترونیکی و کارت‌های حافظه و غیره استفاده شود.
همچنین می‌توانید از پلی‌آمید، یک پلاستیک با دمای بالا، و گرافن الگو مستقیماً با لیزر استفاده کنید. لیزر پیوندهای شیمیایی را در شبکه پلی‌آمید می‌شکند و اتم‌های کربن به‌طور حرارتی خود را دوباره سازماندهی می‌کنند تا صفحات گرافن نازک و باکیفیت را تشکیل دهند. پلی‌آمید نشان داده است. هزاران کاربرد بالقوه، زیرا اگر بتوانید مدارهای گرافن را روی آن حکاکی کنید، اساساً می توانید هر شکلی از پلی آمید را به لوازم الکترونیکی پوشیدنی تبدیل کنید.
اما شاید هیجان انگیزترین - با توجه به ظهور، ظهور، و همه جا اکتشافات جدید گرافن حکاکی شده با لیزر - در افق چیزی است که در حال حاضر امکان پذیر است. با گرافن حکاکی شده با لیزر، می توانید انرژی را برداشت و ذخیره کنید: یک دستگاه کنترل کننده انرژی یکی از بارزترین نمونه‌های فناوری که پیشرفت نمی‌کند باتری‌ها هستند. امروزه تقریباً از مواد شیمیایی سلول خشک برای ذخیره انرژی الکتریکی استفاده می‌کنیم، فناوری قرن‌ها. خازن های الکتروشیمیایی انعطاف پذیر ایجاد شده است.
با استفاده از گرافن حکاکی شده با لیزر، نه تنها می‌توانیم روش ذخیره انرژی را متحول کنیم، بلکه می‌توانیم دستگاه‌های پوشیدنی را نیز ایجاد کنیم که انرژی مکانیکی را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند: نانو ژنراتورهای سه‌الکتریک. همچنین می تواند سلول های سوخت زیستی انعطاف پذیر را بسازد. در مرزهای جمع آوری و ذخیره انرژی، انقلاب ها همه در کوتاه مدت هستند.
علاوه بر این، گرافن حکاکی شده با لیزر باید دورانی از حسگرهای بی سابقه را آغاز کند. این شامل حسگرهای فیزیکی نیز می شود، زیرا تغییرات فیزیکی (مانند دما یا کرنش) باعث تغییراتی در خواص الکتریکی مانند مقاومت و امپدانس می شود (که شامل نقش ظرفیت و اندوکتانس نیز می شود. همچنین شامل دستگاه‌هایی می‌شود که تغییرات در خواص گاز و رطوبت را تشخیص می‌دهند، و – زمانی که روی بدن انسان اعمال می‌شود – تغییرات فیزیکی در علائم حیاتی افراد را تشخیص می‌دهند. برای مثال، ایده تری‌کورد الهام گرفته از Star Trek می‌تواند به سرعت منسوخ شود. به سادگی وصل کردن یک پچ نظارت بر علائم حیاتی که فوراً ما را از هرگونه تغییر نگران کننده در بدن آگاه می کند.
این خط فکری همچنین می‌تواند زمینه جدیدی را بگشاید: حسگرهای زیستی مبتنی بر فناوری گرافن حکاکی شده با لیزر. یک گلوی مصنوعی مبتنی بر گرافن حکاکی شده با لیزر می‌تواند به نظارت بر ارتعاشات گلو کمک کند و تفاوت‌های سیگنال بین سرفه، وزوز، جیغ زدن، بلعیدن و تکان دادن سر را شناسایی کند. گرافن حکاکی شده با لیزر همچنین پتانسیل بالایی دارد اگر بخواهید یک گیرنده زیستی مصنوعی بسازید که می تواند مولکول های خاصی را هدف قرار دهد، حسگرهای زیستی پوشیدنی مختلفی طراحی کند یا حتی به فعال کردن کاربردهای پزشکی از راه دور کمک کند.
تا اینکه در سال 2004 روشی برای تولید ورقه های گرافن، حداقل عمدا، برای اولین بار توسعه یافت. در 17 سال پس از آن، یک سری پیشرفت های موازی سرانجام امکان ایجاد انقلابی در نحوه تعامل انسان با الکترونیک را به منصه ظهور رساند. در مقایسه با تمام روش‌های موجود برای تولید و ساخت دستگاه‌های مبتنی بر گرافن، گرافن حکاکی شده با لیزر، الگوهای گرافن ساده، تولید انبوه، با کیفیت بالا و ارزان را در کاربردهای مختلف از جمله تغییر الکترونیک پوست امکان‌پذیر می‌سازد.
در آینده نزدیک، انتظار پیشرفت در بخش انرژی، از جمله کنترل انرژی، برداشت انرژی، و ذخیره انرژی منطقی است. همچنین در کوتاه مدت پیشرفت هایی در حسگرها، از جمله حسگرهای فیزیکی، حسگرهای گاز و حتی حسگرهای زیستی وجود دارد. انقلاب احتمالاً از ابزارهای پوشیدنی، از جمله دستگاه‌هایی برای کاربردهای پزشکی از راه دور تشخیصی ناشی می‌شود. مطمئناً، بسیاری از چالش‌ها و موانع باقی می‌مانند. اما این موانع به جای پیشرفت‌های انقلابی نیاز به پیشرفت‌های تدریجی دارند. با ادامه رشد دستگاه‌های متصل و اینترنت اشیا، نیاز به الکترونیک بسیار کوچک از همیشه بزرگتر شده است. با آخرین پیشرفت ها در فناوری گرافن، آینده از بسیاری جهات در اینجا است.