мэдээ

Орчин үеийн ертөнцөд бидний тулгарч буй бараг бүх зүйл тодорхой хэмжээгээр электроникоос хамаардаг. Бид механик ажил үүсгэхийн тулд цахилгааныг хэрхэн ашиглахыг анх олж мэдсэнээс хойш амьдралаа сайжруулахын тулд том, жижиг төхөөрөмжүүдийг бүтээсэн. Цахилгаан гэрлээс эхлээд ухаалаг гар утас хүртэл бүх төхөөрөмж Бидний хөгжүүлэлт нь янз бүрийн тохируулгад хоорондоо холбогдсон хэдхэн энгийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс бүрддэг. Үнэн хэрэгтээ бид зуу гаруй жилийн турш дараах зүйлд тулгуурлаж ирсэн.
Манай орчин үеийн электроникийн хувьсгал нь эдгээр дөрвөн төрлийн бүрэлдэхүүн хэсэг, цаашлаад транзисторууд дээр тулгуурлан өнөөдөр бидний хэрэглэж буй бараг бүх зүйлийг бидэнд авчирдаг. Бид цахим төхөөрөмжүүдийг жижигрүүлж, амьдрал, бодит байдлын олон талыг хянахын тулд уралдан, илүү олон өгөгдлийг дамжуулахын тулд уралдан ажиллаж байна. эрчим хүч багасч, төхөөрөмжүүдээ хооронд нь холбосноор бид эдгээр сонгодог хязгаарлалтуудыг хурдан олж авдаг. Технологи. Гэвч 2000-аад оны эхээр таван дэвшилт нэг дор нийлж, бидний орчин үеийн ертөнцийг өөрчилж эхэлсэн. Энэ бүхэн хэрхэн өрнөсөн.
1.) Графены хөгжил. Байгальд олдсон эсвэл лабораторид бүтээгдсэн бүх материалаас алмаз нь хамгийн хатуу материал байхаа больсон. Зургаан хатуу материал байдаг бөгөөд хамгийн хэцүү нь графен юм. 2004 онд атом шиг зузаан нүүрстөрөгчийн хуудас болох графен. зургаан өнцөгт талст хээгээр түгжигдсэн бөгөөд лабораторид санамсаргүй байдлаар тусгаарлагджээ. Энэ дэвшлийн дараа ердөө зургаан жилийн дараа түүнийг нээсэн Андрей Хейм, Костя Новоселов нар физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртжээ. физик, химийн болон дулааны стресс, гэхдээ энэ нь үнэндээ атомуудын төгс тор юм.
Графен нь мөн гайхалтай дамжуулагч шинж чанартай бөгөөд хэрэв цахим төхөөрөмж, тэр дундаа транзисторыг цахиурын оронд графенээр хийж чадвал тэдгээр нь өнөөгийн бидний байгаа бүх зүйлээс жижиг бөгөөд хурдан байх магадлалтай. Хэрэв графеныг хуванцар болгон холивол түүнийг хувиргах боломжтой. халуунд тэсвэртэй, илүү бат бөх материал бөгөөд мөн цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг. Үүнээс гадна графен нь 98% орчим гэрэлд тунгалаг байдаг тул тунгалаг мэдрэгчтэй дэлгэц, гэрэл ялгаруулдаг хавтан, тэр ч байтугай нарны зайны хувьд ч хувьсгал болсон гэсэн үг. Нобелийн сангаас 11 жил Өмнө нь "Магадгүй бид ирээдүйд компьютерийг илүү үр ашигтай болгоход хүргэх электроникийн өөр нэг жижигрүүлэх ажлын ирмэг дээр байгаа байх."
2.) Гадаргуугаар бэхлэх резистор. Энэ бол хамгийн эртний "шинэ" технологи бөгөөд компьютер эсвэл гар утсыг задалсан хэн бүхэнд танил болсон байх. Гадаргуунд суурилуулсан резистор нь ихэвчлэн керамикаар хийгдсэн, хоёр талдаа дамжуулагч ирмэг бүхий жижиг тэгш өнцөгт объект юм. Төгсгөл.Гүйдлийн урсгалыг их эрчим хүч, дулаан ялгаруулахгүйгээр эсэргүүцдэг керамик эдлэлийн хөгжил нь урьд өмнө хэрэглэж байсан уламжлалт резисторууд болох тэнхлэгийн хар тугалганы резисторуудаас давуу резисторуудыг бий болгох боломжийг олгосон.
Эдгээр шинж чанарууд нь орчин үеийн электроник, ялангуяа бага чадалтай болон хөдөлгөөнт төхөөрөмжүүдэд ашиглахад тохиромжтой. Хэрэв танд резистор хэрэгтэй бол эдгээр SMD-н аль нэгийг (гадаргад холбох төхөөрөмж) ашиглан резисторын хэмжээг багасгах эсвэл нэмэгдүүлэх боломжтой. ижил хэмжээний хязгаарлалтын хүрээнд тэдэнд хэрэглэж болох хүч.
3.) Суперконденсатор. Конденсаторууд нь хамгийн эртний электрон технологийн нэг юм. Эдгээр нь хоёр дамжуулагч гадаргуу (хавтан, цилиндр, бөмбөрцөг бүрхүүл гэх мэт) бие биенээсээ бага зайд тусгаарлагдсан энгийн тохиргоонд суурилдаг. гадаргуу нь тэнцүү ба эсрэг талын цэнэгийг хадгалах чадвартай. Та конденсатороор гүйдэл дамжуулахыг оролдох үед энэ нь цэнэглэгддэг бөгөөд гүйдлийг унтрааж эсвэл хоёр хавтанг холбох үед конденсатор цэнэггүй болдог. Конденсаторууд нь эрчим хүч хадгалах, эрчим хүч хадгалах зэрэг өргөн хүрээний хэрэглээтэй байдаг. ялгарсан эрчим хүчний хурдацтай тэсрэлт, мөн пьезоэлектрик электроник, төхөөрөмжийн даралтын өөрчлөлт нь цахилгаан дохио үүсгэдэг.
Мэдээжийн хэрэг, маш бага зайд тусгаарлагдсан олон ялтсуудыг маш бага хэмжээгээр хийх нь хэцүү төдийгүй үндсэндээ хязгаарлагдмал. Материалын сүүлийн үеийн дэвшил, ялангуяа кальцийн зэс титанат (CCTO) нь маш жижиг зайд их хэмжээний цэнэгийг хадгалах боломжтой: суперконденсатор. Эдгээр жижигрүүлсэн төхөөрөмжүүд нь элэгдэхээсээ өмнө хэд хэдэн удаа цэнэглэгдэж, цэнэггүй болно; хурдан цэнэглэж, цэнэглэх; мөн хуучин конденсаторуудын нэгж эзэлхүүн дэх энергийг 100 дахин их хэмжээгээр хуримтлуулдаг. Эдгээр нь электроникийг жижигрүүлэхэд тоглоомыг өөрчлөх технологи юм.
4.) Супер индуктор. "Том гурвын" сүүлчийнх нь хувьд супериндуктор нь 2018 он хүртэл гарч ирсэн хамгийн сүүлийн тоглогч юм. Ороомог нь үндсэндээ соронздог цөм бүхий гүйдэлтэй ороомог юм. Индукторууд нь дотоод соронзон дахь өөрчлөлтийг эсэргүүцдэг. Энэ нь хэрэв та гүйдэл дамжуулахыг оролдвол хэсэг хугацаанд эсэргүүцэж, дараа нь гүйдлийг чөлөөтэй нэвтрүүлэхийг зөвшөөрч, эцэст нь гүйдлийг унтраахад өөрчлөлтийг дахин эсэргүүцэх болно гэсэн үг юм. Резистор ба конденсаторын хамт тэдгээр нь Бүх хэлхээний гурван үндсэн элемент. Гэхдээ дахин хэлэхэд тэдгээр нь хэр жижиг болж чадах вэ гэдэгт хязгаар бий.
Асуудал нь индукцийн утга нь индукцийн гадаргуугийн талбайгаас хамаардаг бөгөөд энэ нь жижигрүүлэх талаар мөрөөдлийн алуурчин юм.Гэхдээ сонгодог соронзон индукцаас гадна кинетик энергийн индукцийн тухай ойлголт бас бий. гүйдэл дамжуулагч бөөмс нь хөдөлгөөнөө өөрчлөхөөс сэргийлдэг. Нэг эгнээнд байгаа шоргоолжнууд хурдаа өөрчлөхийн тулд өөр хоорондоо "ярилцдаг" адил эдгээр гүйдэл дамжуулагч бөөмс нь электронууд шиг бие биендээ хүч үзүүлэх шаардлагатай болдог. эсвэл удаашруулна. Өөрчлөлтийн энэхүү эсэргүүцэл нь хөдөлгөөний мэдрэмжийг бий болгодог. Каустав Банержигийн Наноэлектроникийн судалгааны лабораторийн удирдлаган дор графен технологи ашиглан кинетик энергийн индукторыг бүтээсэн нь урьд өмнө бүртгэгдээгүй хамгийн өндөр индукцийн нягтралтай материал юм.
5.) Дурын төхөөрөмждөө графеныг байрлуул. Одоо дүгнэлт хийцгээе. Бидэнд графен байна. Бидэнд резистор, конденсатор, индукторын "супер" хувилбарууд бий – жижигрүүлсэн, бат бөх, найдвартай, үр ашигтай. Электроникийн хэт жижигрүүлэх хувьсгалын эцсийн саад бэрхшээл , наад зах нь онолын хувьд ямар ч төхөөрөмжийг (бараг ямар ч материалаар хийсэн) электрон төхөөрөмж болгон хувиргах чадвар юм. Үүнийг боломжтой болгохын тулд бидэнд хэрэгтэй зүйл бол графен дээр суурилсан электроникийг хүссэн ямар ч төрлийн материалд оруулах чадвар юм. Уян хатан материалууд орно. Графен нь сайн шингэн, уян хатан, бат бөх, дамжуулах чадвартай хэдий ч хүний ​​биед хоргүй байдаг нь энэ зорилгод тохиромжтой.
Сүүлийн хэдэн жилд графен болон графен төхөөрөмжүүд нь өөрөө нэлээд нарийн ажиллагаатай цөөхөн хэдэн процессын үр дүнд бий болсон арга замаар бүтээгдсэн. Та энгийн хуучин бал чулууг исэлдүүлж, усанд уусгаж, химийн уураар графен гаргаж авах боломжтой. хуримтлал.Гэсэн хэдий ч ийм аргаар графеныг хуримтлуулж болох хэдхэн субстрат байдаг. Та графен ислийг химийн аргаар багасгаж чадна, гэхдээ тэгвэл чанар муутай графен үүсэх болно. Мөн та механик гуужуулагчаар графен үүсгэж болно. , гэхдээ энэ нь таны үйлдвэрлэсэн графены хэмжээ, зузааныг хянах боломжийг танд олгодоггүй.
Энд л лазераар сийлсэн графены дэвшил гарч ирж байна. Үүнд хүрэх хоёр үндсэн арга бий. Нэг нь графены ислээр эхлэх явдал юм. Өмнөхтэй адил: та бал чулууг авч исэлдүүлдэг, гэхдээ химийн аргаар багасгахын оронд багасгадаг. лазераар. Химийн аргаар багасгасан графены ислээс ялгаатай нь энэ нь суперконденсатор, электрон хэлхээ, санах ойн карт зэрэгт ашиглаж болох өндөр чанартай бүтээгдэхүүн юм.
Та мөн полиимид, өндөр температурт хуванцар, хээтэй графеныг лазераар шууд ашиглаж болно. Лазер нь полиимидын сүлжээн дэх химийн холбоог тасалж, нүүрстөрөгчийн атомууд дулаанаар өөрчлөгдөн, нимгэн, өндөр чанартай графен хуудас үүсгэдэг. Полимид нь харуулсан. Олон тонн боломжит хэрэглээ, учир нь хэрэв та графен хэлхээг сийлбэрлэж чадвал үндсэндээ ямар ч хэлбэрийн полиимидыг өмсөж болох электрон хэрэгсэл болгон хувиргаж чадна. Үүнд:
Гэхдээ лазераар сийлсэн графены шинэ нээлтүүд гарч ирж, өсөн нэмэгдэж, хаа сайгүй байдгийг харгалзан үзэхэд хамгийн сэтгэл хөдөлгөм зүйл нь одоогоор боломжтой зүйл дээр байгаа юм. Лазераар сийлсэн графены тусламжтайгаар та эрчим хүч цуглуулж, хуримтлуулж чадна: эрчим хүчийг хянах төхөөрөмж. .Технологи хөгжихгүй байгаагийн хамгийн аймшигтай жишээ бол батарей юм. Өнөөдөр бид олон зуун жилийн түүхтэй технологи болох цахилгаан эрчим хүчийг хуримтлуулахын тулд хуурай эсийн химийн бодисыг бараг ашиглаж байна. Цайр-агаарын батарей, хатуу төлөвт зэрэг шинэ хадгалах төхөөрөмжүүдийн прототипүүд. уян цахилгаан химийн конденсаторууд бий болсон.
Лазераар сийлсэн графен ашиглан бид эрчим хүчээ хадгалах арга хэлбэрээ өөрчлөөд зогсохгүй механик энергийг цахилгаан болгон хувиргадаг зүүж болох төхөөрөмж болох трибоэлектрик наногенераторуудыг бүтээж чадна. Бид нарны энергид хувьсгал хийх боломжтой гайхалтай органик фотоволтайкуудыг бүтээж чадна. уян хатан био түлшний эсийг бас хийж болно; Боломжууд асар их юм. Эрчим хүч цуглуулах, хадгалах хил дээр хувьсгалууд бүгд богино хугацаанд явагддаг.
Цаашилбал, лазераар сийлсэн графен нь урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй мэдрэгчийн эрин үеийг эхлүүлэх ёстой. Үүнд физик мэдрэгчүүд орно, учир нь физик өөрчлөлтүүд (температур эсвэл ачаалал гэх мэт) эсэргүүцэл, эсэргүүцэл зэрэг цахилгаан шинж чанарыг өөрчилдөг (үүнд багтаамж ба индукцын хувь нэмэр орно) ).Үүнд мөн хийн шинж чанар, чийгшлийн өөрчлөлтийг илрүүлж, хүний ​​биед хэрэглэх үед хүний ​​амин чухал шинж тэмдгүүдийн бие махбодийн өөрчлөлтийг илрүүлдэг төхөөрөмжүүд багтсан болно. Жишээлбэл, Star Trek-ээс сэдэвлэсэн трикордерын санаа нь маш хурдан хуучирч магадгүй юм. Зүгээр л бидний бие махбодид ямар нэгэн санаа зовоосон өөрчлөлтийн талаар сэрэмжлүүлдэг амин чухал шинж тэмдгүүдийн хяналтын нөхөөсийг хавсаргахад л болно.
Энэхүү сэтгэлгээ нь цоо шинэ талбарыг нээж өгч болох юм: лазераар сийлсэн графен технологид суурилсан био мэдрэгч. Лазераар сийлсэн графен дээр суурилсан хиймэл хоолой нь хоолойн чичиргээг хянаж, ханиах, дуугарах, хашгирах, залгих, толгой дохих хоорондын дохионы ялгааг тодорхойлоход тусална. хөдөлгөөнүүд. Хэрэв та тодорхой молекулуудыг онилох, төрөл бүрийн элэгддэг био мэдрэгчийг зохион бүтээх, тэр ч байтугай төрөл бүрийн телемедициний хэрэглээг идэвхжүүлэхэд туслах хиймэл биорецептор бүтээхийг хүсвэл лазераар сийлсэн графен нь маш их нөөцтэй.
2004 он хүртэл графен хуудас үйлдвэрлэх аргыг ядаж зориудаар анх боловсруулжээ. Үүнээс хойшхи 17 жилийн хугацаанд хэд хэдэн зэрэгцээ дэвшилтүүд эцэстээ хүмүүсийн электрониктой харилцах аргад хувьсгал хийх боломжийг анхлан авчирсан. Графен дээр суурилсан төхөөрөмж үйлдвэрлэх, үйлдвэрлэх одоо байгаа бүх аргуудтай харьцуулахад лазераар сийлбэрлэсэн графен нь арьсны электроникийн өөрчлөлт зэрэг олон төрлийн хэрэглээнд энгийн, олноор үйлдвэрлэх, өндөр чанартай, хямд графен хэв маягийг бий болгох боломжийг олгодог.
Ойрын ирээдүйд эрчим хүчний салбарт эрчим хүчний хяналт, эрчим хүч хураах, эрчим хүч хуримтлуулах зэрэг дэвшил гарах нь зүй ёсны хэрэг юм. Мөн ойрын хугацаанд мэдрэгч, тухайлбал физик мэдрэгч, хийн мэдрэгч, тэр ч байтугай био мэдрэгч зэрэг дэвшил гарах болно. Хамгийн том нь Хувьсгал нь зүүдэг төхөөрөмж, тэр дундаа оношлогооны телемедицинийн хэрэглээнд зориулагдсан төхөөрөмжүүдээс гарах магадлалтай. Мэдээжийн хэрэг, олон сорилт, саад бэрхшээл байсаар байна. Гэвч эдгээр саад бэрхшээл нь хувьсгалт бус сайжруулалтыг шаарддаг. Холбогдсон төхөөрөмжүүд болон зүйлсийн интернет улам бүр өсөхийн хэрээр Хэт жижиг электроник нь урьд өмнөхөөсөө илүү агуу юм. Графен технологийн хамгийн сүүлийн үеийн дэвшлийн ачаар ирээдүй олон талаараа аль хэдийн бий болсон.