Заманбап дүйнөдө биз кабылган дээрлик бардык нерсе кандайдыр бир деңгээлде электрондук өнүмдөрдөн көз каранды.Биз биринчи жолу механикалык жумуш жасоо үчүн электр энергиясын кантип колдонууну тапкандан бери жашообузду жакшыртуу үчүн бардык өлчөмдөгү түзүлүштөрдү жараттык.Жарыктан баштап, смартфондорго чейин, биз иштеп чыккан ар бир түзмөк ар кандай конфигурацияларда бириктирилген бир нече жөнөкөй компоненттерден турат.Чынында, бир кылымдан ашык убакыттан бери биз:
Биздин заманбап электрондук революциябыз ушул төрт түрдөгү компоненттерге жана кийинчерээк транзисторлорго таянып, бүгүнкү күндө биз колдонгон дээрлик бардыгын алып келет.Электрондук шаймандарды кичирейтүү, жашообуздун жана реалдуулуктун барган сайын көбүрөөк аспектилерин көзөмөлдөө, азыраак кубат менен көбүрөөк маалымат берүү жана түзмөктөрүбүздү бири-бирибизге туташтыруу үчүн жарышып жатканда, биз жакында классикалык чектөөлөргө туш болобуз.технология.Бирок 21-кылымдын башында беш прогресс чогулуп, биздин заманбап дүйнөбүздү өзгөртө баштады.Мунун баары болуп жатат.
1.) Графендин өнүгүшү.Табиятта табылган же лабораторияда жаратылган бардык материалдардын ичинен алмаз эң катуу материал эмес.Алтоо кыйыныраак, эң кыйыны графен.2004-жылы лабораторияда кокустан бөлүнгөн графен алты бурчтуу кристалл формасында бириктирилген бир атомдуу калың көмүртек баракты.Бул прогресстен алты жыл өткөндөн кийин гана аны ачкандар Андрей Хейм менен Костя Новоселов физика боюнча Нобель сыйлыгын алышты.Бул эң катуу материал гана эмес, физикалык, химиялык жана жылуулук стресске укмуштуудай туруктуу, бирок чындыгында кемчиликсиз бир атомдук тор.
"Балким, биз келечекте компьютерлерди натыйжалуураак кыла турган электрондук буюмдарды дагы бир миниатюризациялоонун алдында турабыз."
Графендин да укмуштуудай өткөргүч касиеттери бар, демек, эгерде электрондук аппараттар, анын ичинде транзисторлор кремнийдин ордуна графенден жасалса, алар азыркы бизде болгон бардык нерселерден кичине жана ылдамыраак болушу мүмкүн.Графен пластикке аралашса, пластик ысыкка чыдамдуу, күчтүүрөөк материалга айланып, электр тогун өткөрө алат.Мындан тышкары, графендин жарыкка ачыктыгы болжол менен 98%ды түзөт, бул тунук сенсордук экрандар, жарык берүүчү панелдер жана ал тургай күн батареялары үчүн революциялык экенин билдирет.Нобель фонду 11 жыл мурун айткандай, "балким, биз келечекте компьютерлерди эффективдүү кыла турган дагы бир электрондук продуктуну кичирейтүүнүн алдында турабыз".
2.) Жер үстүндөгү резисторлор.Бул эң эски "жаңы технология" жана компьютерди же уюлдук телефонду анализдеп көргөн ар бир адам аны жакшы билиши мүмкүн.Үстүнө орнотулган резистор – бул көбүнчө керамикадан жасалган, эки учунда өткөргүч кырлары бар кичинекей тик бурчтуу объект.Керамика өндүрүшүнүн өнүгүшү токтун агымын кубаттуулукту же ысытууну кетирбестен алдын алат, ошону менен мурда колдонулган эски салттуу резисторлордон жогору турган резисторлорду түзө алат: октук коргошундуу резисторлор.
Бул өзгөчөлүктөр аларды заманбап электрондук түзүлүштөр үчүн, өзгөчө аз энергия керектөө жана мобилдик түзүлүштөр үчүн абдан ылайыктуу кылат.Эгер сизге резистор керек болсо, анда сиз резистор үчүн керектүү өлчөмдөрдү азайтуу же ошол эле өлчөмдөгү чектин ичинде аларга колдоно турган күчтү көбөйтүү үчүн бул SMDлердин бирин (үстүнө орнотуу түзүлүштөрү) колдоно аласыз.
3.) Супер конденсатор.Конденсаторлор эң байыркы электрондук технологиялардын бири.Алар жөнөкөй түзүлүшкө негизделген, мында эки өткөрүүчү бет (плиталар, цилиндрлер, сфералык кабыктар ж.б.) бири-биринен бир аз аралыкка бөлүнгөн жана бул эки бет бирдей жана карама-каршы заряддарды сактай алат.Сиз конденсатор аркылуу ток өткөрүүгө аракет кылганда, ал заряддалат;токту өчүргөндө же эки тактаны туташтырганда, конденсатор разряддалат.Конденсаторлордун кеңири спектри бар, анын ичинде энергияны сактоо, энергиянын бир жолку чыгарылышынын тез жарылуусу жана прибор басымынын өзгөрүшү электрондук сигналдарды пайда кылган пьезоэлектрикалык электроника.
Албетте, бул өтө аз, өтө кичинекей масштабда бир нече плиталарды өндүрүү үчүн гана кыйын эмес, бирок ошондой эле түп-тамырынан бери чектелген.Материалдардын эң акыркы жетишкендиктери, өзгөчө кальций жез титанаты (CCTO) - чоң өлчөмдөгү электр зарядын кичинекей мейкиндиктерде: суперконденсаторлордо сактоого мүмкүндүк берет.Бул кичирейтилген аппараттар эскиргенге чейин көп жолу кубатталып, кубатталып калышы мүмкүн;алар тезирээк заряддалат жана зарядсызданат;жана алар эски конденсаторлорго караганда көлөм бирдигине энергияны 100 эсе көп сакташат.Кичирейтилген электрондук буюмдарга келсек, алар оюнду өзгөртүүчү технология.
4.) Супер индукторлор."Чоң үчөөнүн" акыркысы, Super Inductor - бул эң жаңы катышуучу, ал 2018-жылга чейин ишке ашкан эмес. Индуктор - бул негизинен катушка, ток жана бирге колдонулган магниттелүүчү өзөк.Индуктор өзүнүн ички магнит талаасынын өзгөрүшүнө каршы турат, демек, эгер сиз токтун биринен агып өтүүгө аракет кылсаңыз, анда ал бир аз убакытка туруштук берет, андан кийин ток аны эркин өткөрөт жана акырында бул өзгөртүүгө каршылык көрсөтөт. ток өчүрүү.Резисторлор жана конденсаторлор менен бирге алар бардык схемалардын үч негизги элементи болуп саналат.Бирок, дагы бир жолу, алар канчалык кичинекей болуп калышынын чеги бар.
Маселе индуктивдүүлүктүн мааниси индуктордун бетинин аянтына көз каранды, ал миниатюризация боюнча кыялдануучу өлтүргүч.Бирок классикалык магниттик мааниден тышкары кыймыл түшүнүгү да бар: ток алып жүрүүчү бөлүкчөлөрдүн инерциясы алардын кыймылынын өзгөрүшүнө тоскоолдук кылат.Бир саптагы кумурскалар ылдамдыгын өзгөртүү үчүн бири-бири менен «сүйлөшүшү» керек болгондой эле, бул ток алып жүрүүчү бөлүкчөлөр да (мисалы, электрондор) ылдамдануу же жайлоо үчүн бири-бирине күч колдонууга муктаж.Бул өзгөртүүгө каршылык кыймыл сезимин жаратат.Каустав Банерджинин наноэлектроника илимий лабораториясынын жетекчилиги астында графен технологиясын колдонуу менен динамикалык индуктор иштелип чыкты: индуктивдүүлүктүн эң жогорку тыгыздыгы болгон материал.
5.) Графенди каалаган аспапка салыңыз.Эми эсепке алалы.Бизде графен бар.Бизде резисторлордун, конденсаторлордун жана индукторлордун кичирейтилген, бышык, ишенимдүү жана эффективдүү "супер" версиялары бар.Жок дегенде теориялык жактан алганда, электрониканы ультра миниатюризациялоодогу революцияга акыркы тоскоолдук – бул каалаган материалдан жасалган дээрлик бардык түзүлүштөрдү электрондук түзүлүшкө айландыруу мүмкүнчүлүгү.Муну мүмкүн кылуу үчүн, графенге негизделген электрондук түзүлүштөрдү биз каалаган материалга, анын ичинде ийкемдүү материалдарга киргизе билүү керек.Графен адамдын денеси үчүн зыянсыз болгону менен жакшы суюктукту, ийкемдүүлүктү, күчтү жана өткөргүчтүктү камсыз кылганы аны бул максат үчүн идеалдуу тандоо кылат.
Акыркы бир нече жылда графен жана графен жабдуулары олуттуу чектөөлөрү бар бир нече процесстер аркылуу гана өндүрүлгөн.Кадимки эски графитти кычкылдандырып, андан кийин аны сууда эритип, андан кийин химиялык буу менен графенди түзө аласыз.Бирок, бир нече гана субстрат ушундай жол менен графенди жайгаштыра алат.Сиз графен кычкылын химиялык жол менен азайта аласыз, бирок аны азайтсаңыз, сапатсыз графенге ээ болосуз.Сиз механикалык пилинг аркылуу графенди да чыгара аласыз, бирок бул өндүрүлгөн графендин өлчөмүн же калыңдыгын көзөмөлдөөгө мүмкүндүк бербейт.
Бул жерде графенди лазердик гравировкалоо прогресси жатат.Буга жетишүүнүн эки негизги жолу бар.Алардын бири графен оксиди менен баштоо.Мурдагыдай эле: сиз графитти кычкылдантасыз, бирок аны химиялык жактан азайткандын ордуна, лазер менен азайтасыз.Химиялык жактан кыскартылган графен оксидинен айырмаланып, бул суперконденсаторлордо, электрондук схемаларда жана эстутум карталарында колдонула турган жогорку сапаттагы продуктуну жаратат.
Сиз ошондой эле полиимидди — жогорку температурадагы пластикти — жана лазердин жардамы менен графенди түз эле сыза аласыз.Лазер полиимиддик тармактагы химиялык байланыштарды үзөт жана көмүртек атомдору жылуулук аркылуу кайра биригип, жука, жогорку сапаттагы графен баракты пайда кылат.Полимид көптөгөн потенциалдуу колдонмолорду көрсөттү, анткени эгер сиз ага графен схемаларын оюп алсаңыз, анда полиимиддин каалаган формасын кийилүүчү электрондук түзүлүшкө айланта аласыз.Алардын бир нечесин атасак, төмөнкүлөр кирет:
Бирок, балким, эң кызыктуусу – лазердик гравировкаланган графендин пайда болушун жана өсүшүн жана жаңы ачылыштардын бардык жерде болушун эске алганда, азыркы учурда мүмкүн болгон горизонтто.Лазердик графенди колдонуу менен сиз энергияны чогултуп жана сактай аласыз: энергияны башкаруучу аппарат.Технологиялык прогресстин эң үрөй учурган мисалдарынын бири - бул батареялар.Бүгүнкү күндө жүздөгөн жылдык тарыхы бар технология болгон электр энергиясын сактоо үчүн дээрлик кургак клетка химиялык батареяларды колдонобуз.Цинк-аба батареялары жана катуу абалдагы ийкемдүү электрохимиялык конденсаторлор сыяктуу жаңы сактоочу түзүлүштөрдүн прототиптери түзүлдү.
Лазердик гравировкаланган графенди колдонуу менен биз энергияны сактоо ыкмасын толугу менен өзгөртпөстөн, механикалык энергияны электр энергиясына айландыруучу кийилүүчү түзүлүштү да түзө алабыз: сүрүлүүчү наногенератор.Биз күн энергиясын толугу менен өзгөртө турган сонун органикалык фотоэлектрдик жабдууларды түзө алабыз.Ошондой эле ийкемдүү биоотун клеткаларын жасай алабыз;мумкунчулуктер зор.Энергияны чогултуу жана сактоо жагынан революция кыска мөөнөттө ишке ашмакчы.
Мындан тышкары, лазер менен чегилген графен болуп көрбөгөндөй сенсордук доорду ачышы керек.Бул физикалык сенсорлорду камтыйт, анткени температура же штамм сыяктуу физикалык өзгөрүүлөр электрдик мүнөздөмөлөрдүн өзгөрүшүнө алып келиши мүмкүн, мисалы, каршылык жана импеданс (анын ичинде сыйымдуулуктун жана индуктивдүүлүктүн салымы).Ал ошондой эле газ мүнөздөмөлөрүнүн жана нымдуулуктун өзгөрүшүн, жана адамдын денесине колдонулганда, кимдир бирөөнүн маанилүү белгилеринин физикалык өзгөрүүлөрүн аныктоочу аппараттарды камтыйт.Мисалы, "Star Trek" үч тик инструменттин идеясын шыктандырган, эгерде маанилүү белгилерди көзөмөлдөөчү патч жөн гана орнотулган болсо, ал денедеги кандайдыр бир тынчсыздандырган өзгөрүүлөрдү дароо эстетип турат, ал тез арада эскирип калат.
Бул идея жаңы талааны да ачышы мүмкүн: лазердик гравировкалоочу графен технологиясына негизделген биосенсорлор.Лазердик графенге негизделген жасалма тамак кекиртектин термелүүсүн көзөмөлдөөгө жана жөтөлүү, ызылдоо, кыйкырык, жутуу жана баш ийкеп кыймылдардын ортосундагы сигналдын айырмасын аныктоого жардам берет.Эгер сиз конкреттүү молекулаларды бутага ала турган, ар кандай тагынуучу биосенсорлорду долбоорлой турган жана ал тургай ар кандай телемедициналык тиркемелерди ишке ашырууга жардам бере турган жасалма биорецепторду түзгүңүз келсе, лазердик оюп түшүрүлгөн графендин да чоң потенциалы бар.
2004-жылга чейин графен барактарын жок дегенде атайылап өндүрүү ыкмасы биринчи жолу иштелип чыккан.Кийинки 17 жылдын ичинде бир катар параллелдүү жетишкендиктер, акыры, адамдардын электрондук түзүлүштөр менен болгон мамилесин толугу менен өзгөртүү мүмкүнчүлүгүн биринчи планга койду.Графенге негизделген түзүлүштөрдү өндүрүүнүн жана өндүрүүнүн мурунку бардык ыкмалары менен салыштырганда, лазердик оюп түшүрүлгөн графен ар кандай тиркемелерде, анын ичинде тери электроникасында жөнөкөй, массалык түрдө өндүрүлгөн, сапаттуу жана арзан графен үлгүлөрүн түзүүгө мүмкүндүк берет.өзгөртүү.
Жакынкы келечекте энергетика тармагында, анын ичинде энергияны көзөмөлдөө, энергияны жыйноо, энергияны сактоо боюнча жылыштарды күтүү акылга сыйбаган нерсе эмес.Жакынкы келечекте сенсорлордо, анын ичинде физикалык сенсорлордо, газ сенсорлорунда жана ал тургай биосенсорлордо да жетишкендиктер бар.Эң чоң революция тагынуучу аппараттардан, анын ичинде телемедициналык колдонмолорду диагностикалоодо колдонулгандардан болушу мүмкүн.Ырас, дагы эле көп кыйынчылыктар жана тоскоолдуктар бар.Бирок бул тоскоолдуктар революциялык эмес, кадамдык жакшыртууну талап кылат.Туташкан түзмөктөрдүн жана нерселердин интернетинин тынымсыз өнүгүшү менен, өтө кичинекей электрондук продуктыларга суроо-талап болуп көрбөгөндөй көбөйдү.Графен технологиясындагы акыркы жетишкендиктер менен, көп жагынан, келечек келди.
Дарыянын суусун жөнөкөй жана тез тазалай ала турган суу тазалоочу жаңы түрү глобалдык ичүүчү суунун тартыштыгын чечүүгө жардам берет.
Посттун убактысы: 11-февраль, 2020-жыл