haberler

Modern dünyada karşılaştığımız hemen hemen her şey bir dereceye kadar elektroniğe dayanıyor. Mekanik iş üretmek için elektriğin nasıl kullanılacağını ilk keşfettiğimiz günden bu yana, hayatımızı teknik olarak iyileştirmek için irili ufaklı cihazlar yarattık. Elektrik ışıklarından akıllı telefonlara kadar her cihaz geliştirdiğimiz ürünler, çeşitli konfigürasyonlarda bir araya getirilen sadece birkaç basit bileşenden oluşuyor. Aslında, bir yüzyıldan fazla bir süredir şunlara güveniyoruz:
Modern elektronik devrimimiz, bugün kullandığımız hemen hemen her şeyi bize getirmek için bu dört tür bileşene ve daha sonra transistörlere dayanır. Elektronik cihazları minyatürleştirmeye, hayatımızın ve gerçekliğimizin giderek daha fazla yönünü izlemeye, daha fazla veriyi Daha az güç ve cihazlarımızı birbirine bağladığımızda, bu klasik sınırlarla hızla karşılaşırız. Teknoloji. Ancak 2000'li yılların başında beş gelişme bir araya geldi ve modern dünyamızı dönüştürmeye başladılar. İşte her şey böyle gelişti.
1.) Grafenin gelişimi. Doğada bulunan veya laboratuvarda oluşturulan tüm malzemeler arasında elmas artık en sert malzeme değil. Altı tane daha sert var, en zoru grafen. 2004 yılında grafen, atom kalınlığında bir karbon tabakası Altıgen bir kristal desende birbirine kilitlenmiş olan bu malzeme laboratuvarda tesadüfen izole edildi. Bu ilerlemeden sadece altı yıl sonra, onu keşfedenleri Andrei Heim ve Kostya Novoselov Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Bu sadece şimdiye kadar yapılmış en sert malzeme değil, aynı zamanda inanılmaz derecede dayanıklı bir malzemedir. fiziksel, kimyasal ve termal stres, ama aslında mükemmel bir atom kafesi.
Grafen aynı zamanda büyüleyici iletken özelliklere de sahiptir; bu, eğer transistörler de dahil olmak üzere elektronik cihazlar silikon yerine grafenden yapılabilirse, bugün sahip olduğumuz her şeyden potansiyel olarak daha küçük ve daha hızlı olabileceği anlamına gelir. Grafen plastiğe karıştırılırsa, dönüştürülebilir. ısıya dayanıklı, aynı zamanda elektriği de ileten daha güçlü bir malzeme. Ayrıca grafen ışığa karşı yaklaşık %98 oranında şeffaftır, bu da onun şeffaf dokunmatik ekranlar, ışık yayan paneller ve hatta güneş pilleri için devrim niteliğinde olduğu anlamına gelir. Nobel Vakfı'nın ifadesiyle 11 yıl önce, "belki de gelecekte bilgisayarların daha verimli olmasını sağlayacak elektroniklerin başka bir minyatürleştirilmesinin eşiğindeyiz."
2.) Yüzeye monte dirençler. Bu en eski "yeni" teknolojidir ve muhtemelen bir bilgisayarı veya cep telefonunu parçalara ayıran herkese aşinadır. Yüzeye monte direnç, her ikisinde de iletken kenarlar bulunan, genellikle seramikten yapılmış küçük dikdörtgen bir nesnedir. Çok fazla güç veya ısı harcamadan akım akışına direnen seramiklerin geliştirilmesi, daha önce kullanılan eski geleneksel dirençlerden daha üstün dirençler yaratmayı mümkün kıldı: eksenel kurşun dirençler.
Bu özellikler onu modern elektroniklerde, özellikle düşük güçlü ve mobil cihazlarda kullanım için ideal kılar. Bir dirence ihtiyacınız varsa, dirençler için ihtiyacınız olan boyutu azaltmak veya artırmak için bu SMD'lerden (yüzey montajlı cihazlar) birini kullanabilirsiniz. aynı boyut kısıtlamaları dahilinde onlara uygulayabileceğiniz güç.
3.) Süperkapasitörler.Kondansatörler en eski elektronik teknolojilerinden biridir.İki iletken yüzeyin (plakalar, silindirler, küresel kabuklar vb.) birbirinden küçük bir mesafe ile ayrıldığı ve iki iletken yüzeyin bulunduğu basit bir düzeneğe dayanırlar. yüzeyler eşit ve zıt yükleri koruyabilir. Kondansatörden akım geçirmeye çalıştığınızda şarj olur ve akımı kapattığınızda veya iki plakayı bağladığınızda kondansatör boşalır. Kondansatörler enerji depolama da dahil olmak üzere geniş bir uygulama alanına sahiptir. serbest bırakılan enerjinin hızlı patlaması ve cihaz basıncındaki değişikliklerin elektrik sinyalleri ürettiği piezoelektrik elektronikler.
Elbette, çok çok küçük ölçekte çok küçük mesafelerle ayrılmış çok sayıda plaka yapmak hem zorlayıcı hem de temelde sınırlıdır. Malzemelerdeki son gelişmeler (özellikle kalsiyum bakır titanat (CCTO)) büyük miktarlarda yükü küçük alanlarda, yani süper kapasitörlerde depolayabilir. Bu minyatürleştirilmiş cihazlar, yıpranmadan önce birden çok kez şarj edilip deşarj edilebiliyor; daha hızlı şarj edin ve boşaltın; ve eski kapasitörlere göre birim hacim başına 100 kat daha fazla enerji depolar. Bunlar, elektroniklerin minyatürleştirilmesi söz konusu olduğunda oyunun kurallarını değiştiren bir teknolojidir.
4.) Süper indüktörler. "Üç Büyüklerin" sonuncusu olan süper indüktör, 2018'e kadar çıkan en son oyuncudur. Bir indüktör, temel olarak, mıknatıslanabilir bir çekirdek ile kullanılan, akıma sahip bir bobindir. İndüktörler, iç manyetiklerindeki değişikliklere karşı çıkarlar. Yani akımın içinden akmasına izin verirseniz bir süre direnir, sonra akımın içinden serbestçe akmasına izin verir ve en sonunda akımı kapattığınızda değişikliklere tekrar direnir. Dirençler ve kapasitörlerle birlikte bunlar da tüm devrelerin üç temel unsuru. Ancak yine de bunların ne kadar küçük olabileceğine dair bir sınır var.
Sorun, endüktans değerinin indüktörün yüzey alanına bağlı olmasıdır ki bu minyatürleştirme açısından rüya öldürücüdür. Ancak klasik manyetik endüktansın yanı sıra kinetik enerji endüktansı kavramı da vardır: eylemsizliğin ataleti akım taşıyan parçacıkların kendileri hareketlerindeki değişiklikleri engeller. Tıpkı bir çizgi üzerindeki karıncaların hızlarını değiştirmek için birbirleriyle "konuşmaları" gerektiği gibi, akım taşıyan bu parçacıkların da tıpkı elektronlar gibi hızlanmak için birbirlerine kuvvet uygulaması gerekir. veya yavaşlayın. Değişime karşı olan bu direnç, bir hareket hissi yaratır. Kaustav Banerjee'nin Nanoelektronik Araştırma Laboratuvarı'nın liderliğinde, grafen teknolojisini kullanan bir kinetik enerji indüktörü geliştirildi: şimdiye kadar kaydedilen en yüksek endüktans yoğunluğuna sahip malzeme.
5.) Grafeni herhangi bir cihaza koyun. Şimdi durumu değerlendirelim. Grafenimiz var. Dirençlerin, kapasitörlerin ve indüktörlerin “süper” versiyonları var – minyatürleştirilmiş, sağlam, güvenilir ve verimli. Elektronikte ultra minyatürleştirme devrimindeki son engel En azından teoride, herhangi bir cihazı (neredeyse her malzemeden yapılmış) elektronik bir cihaza dönüştürebilme yeteneğidir. Bunu mümkün kılmak için ihtiyacımız olan tek şey, grafen bazlı elektroniği istediğimiz herhangi bir malzeme türüne yerleştirme yeteneğidir. Esnek malzemeler dahil. Grafenin iyi bir akışkanlığa, esnekliğe, dayanıklılığa ve iletkenliğe sahip olmasının yanı sıra insanlara zararsız olması onu bu amaç için ideal kılmaktadır.
Geçtiğimiz birkaç yılda, grafen ve grafen cihazları, yalnızca oldukça zorlu bir avuç işlemle elde edilebilecek şekilde üretildi. Sade eski grafiti oksitleyebilir, suda çözebilir ve kimyasal buharla grafen yapabilirsiniz. biriktirme. Ancak grafenin bu şekilde biriktirilebileceği yalnızca birkaç alt tabaka vardır. Grafen oksidi kimyasal olarak azaltabilirsiniz, ancak bunu yaparsanız düşük kaliteli grafen elde edersiniz. Ayrıca mekanik eksfoliasyon yoluyla da grafen üretebilirsiniz. ancak bu, ürettiğiniz grafenin boyutunu veya kalınlığını kontrol etmenize izin vermez.
Lazerle kazınmış grafendeki ilerlemeler burada devreye giriyor. Bunu başarmanın iki ana yolu var. Birincisi, grafen oksitle başlamak. Daha önce olduğu gibi: Grafiti alıp oksitlersiniz, ancak kimyasal olarak indirgemek yerine azaltırsınız. Kimyasal olarak indirgenmiş grafen oksitten farklı olarak, diğerlerinin yanı sıra süper kapasitörlerde, elektronik devrelerde ve hafıza kartlarında kullanılabilen yüksek kaliteli bir üründür.
Ayrıca, yüksek sıcaklıkta bir plastik olan poliimid ve desen grafeni doğrudan lazerle kullanabilirsiniz. Lazer, poliimid ağındaki kimyasal bağları kırar ve karbon atomları, ince, yüksek kaliteli grafen tabakaları oluşturacak şekilde termal olarak kendilerini yeniden düzenler. Poliimid göstermiştir ki Bir ton potansiyel uygulama var, çünkü üzerine grafen devreleri kazıyabilirseniz, temel olarak herhangi bir poliimid şeklini giyilebilir elektroniklere dönüştürebilirsiniz. Bunlardan birkaçını saymak gerekirse:
Ancak lazerle kazınmış grafenin yeni keşiflerinin ortaya çıkışı, yükselişi ve her yerde bulunması göz önüne alındığında belki de en heyecan verici olanı şu anda mümkün olanın ufkundadır. Lazerle kazınmış grafen ile enerjiyi toplayabilir ve depolayabilirsiniz: enerji kontrol eden bir cihaz .Teknolojinin ilerlemeyi başaramamasının en berbat örneklerinden biri pillerdir. Bugün, asırlık bir teknoloji olan elektrik enerjisini depolamak için neredeyse kuru hücre kimyasını kullanıyoruz. Çinko-hava pilleri ve katı hal gibi yeni depolama cihazlarının prototipleri esnek elektrokimyasal kapasitörler oluşturuldu.
Lazerle işlenmiş grafen ile yalnızca enerji depolama yöntemimizde devrim yaratmakla kalmayıp, aynı zamanda mekanik enerjiyi elektriğe dönüştüren giyilebilir cihazlar da yaratabiliriz: triboelektrik nanojeneratörler. Güneş enerjisinde devrim yaratma potansiyeline sahip olağanüstü organik fotovoltaikler yaratabiliriz. aynı zamanda esnek biyoyakıt hücreleri de yapabilir; olasılıklar çok büyük. Enerji toplama ve depolamanın sınırlarında devrimlerin tümü kısa vadede gerçekleşiyor.
Dahası, lazerle işlenmiş grafen benzeri görülmemiş sensörler çağını başlatmalıdır. Buna fiziksel sensörler de dahildir; fiziksel değişiklikler (sıcaklık veya gerinim gibi), direnç ve empedans gibi elektriksel özelliklerde (kapasitans ve endüktansın katkılarını da içeren) değişikliklere neden olur. ).Aynı zamanda gaz özelliklerindeki ve nemdeki değişiklikleri ve insan vücuduna uygulandığında birinin yaşamsal belirtilerindeki fiziksel değişiklikleri tespit eden cihazları da içerir. Örneğin, Star Trek'ten ilham alan bir tarayıcı fikri, hızla geçerliliğini yitirebilir. Vücudumuzdaki herhangi bir endişe verici değişiklik konusunda bizi anında uyaran yaşamsal belirtileri takip eden bir yamayı takmanız yeterli.
Bu düşünce tarzı aynı zamanda tamamen yeni bir alanın kapısını da açabilir: Lazerle kazınmış grafen teknolojisine dayanan biyosensörler. Lazerle kazınmış grafeni temel alan yapay bir boğaz, boğaz titreşimlerinin izlenmesine, öksürme, uğultu, çığlık, yutkunma ve baş sallama arasındaki sinyal farklarının belirlenmesine yardımcı olabilir. Belirli molekülleri hedef alabilen, çeşitli giyilebilir biyosensörler tasarlayabilen ve hatta çeşitli teletıp uygulamalarının etkinleştirilmesine yardımcı olabilecek yapay bir biyoreseptör oluşturmak istiyorsanız, lazerle oyulmuş grafen de büyük bir potansiyele sahiptir.
Grafen tabakaları üretme yöntemi, en azından kasıtlı olarak, ilk kez 2004 yılında geliştirildi. O zamandan bu yana geçen 17 yıl içinde, bir dizi paralel ilerleme, insanların elektronikle etkileşiminde devrim yaratma olasılığını nihayet ön plana çıkardı. Grafen bazlı cihazların üretimi ve imalatı için mevcut tüm yöntemlerle karşılaştırıldığında, lazerle oyulmuş grafen, cilt elektroniği değişimi de dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda basit, seri üretilebilir, yüksek kaliteli ve ucuz grafen desenlerine olanak tanır.
Yakın gelecekte enerji sektöründe enerji kontrolü, enerji hasadı ve enerji depolama da dahil olmak üzere ilerlemeler beklemek makul olacaktır. Ayrıca yakın gelecekte fiziksel sensörler, gaz sensörleri ve hatta biyosensörler de dahil olmak üzere sensörlerde de gelişmeler yaşanacaktır. Devrimin, teşhis amaçlı teletıp uygulamalarına yönelik cihazlar da dahil olmak üzere, giyilebilir cihazlardan gelmesi muhtemeldir. Elbette birçok zorluk ve engel varlığını sürdürüyor. Ancak bu engeller, devrimsel olmaktan ziyade artan iyileştirmeler gerektiriyor. Bağlantılı cihazlar ve Nesnelerin İnterneti büyümeye devam ettikçe, yeni teknolojilere olan ihtiyaç da artıyor. ultra küçük elektronikler her zamankinden daha büyük. Grafen teknolojisindeki en son gelişmelerle birlikte gelecek birçok açıdan zaten burada.