Müasir dünyada qarşılaşdığımız demək olar ki, hər şey müəyyən dərəcədə elektronikaya əsaslanır. Mexanik iş yaratmaq üçün elektrikdən necə istifadə edəcəyimizi ilk dəfə kəşf etdiyimizdən həyatımızı texniki cəhətdən yaxşılaşdırmaq üçün böyük və kiçik cihazlar yaratdıq. Elektrik işıqlarından tutmuş smartfonlara qədər hər bir cihaz biz inkişaf etdirdiyimiz müxtəlif konfiqurasiyalarda bir-birinə birləşdirilmiş bir neçə sadə komponentdən ibarətdir. Əslində, bir əsrdən artıqdır ki, biz aşağıdakılara etibar edirik:
Müasir elektronika inqilabımız bu gün istifadə etdiyimiz demək olar ki, hər şeyi bizə çatdırmaq üçün bu dörd növ komponentə, üstəgəl daha sonra tranzistorlara əsaslanır. Elektron cihazları miniatürləşdirmək, həyatımızın və reallığın getdikcə daha çox aspektini izləmək üçün yarışdıqca, daha çox məlumat ötürdük. daha az güc və cihazlarımızı bir-birimizə bağladığımız zaman biz bu klassik məhdudiyyətlərə tez rast gəlirik.Texnologiya.Lakin 2000-ci illərin əvvəllərində beş irəliləyişin hamısı bir araya gəldi və onlar müasir dünyamızı dəyişdirməyə başladılar.Hamısı belə getdi.
1.) Qrafenin inkişafı. Təbiətdə tapılan və ya laboratoriyada yaradılan bütün materiallardan almaz artıq ən sərt material deyil. Altı daha sərt material var, ən çətini qrafendir. 2004-cü ildə atom qalınlığında karbon təbəqəsi olan qrafen altıbucaqlı kristal naxışda bir-birinə bağlandı, təsadüfən laboratoriyada təcrid olundu. Bu irəliləyişdən cəmi altı il sonra onun kəşfçiləri Andrey Heim və Kostya Novoselov fizika üzrə Nobel mükafatına layiq görüldülər. fiziki, kimyəvi və termal stress, lakin əslində atomların mükəmməl qəfəsdir.
Qrafenin həmçinin füsunkar keçirici xüsusiyyətləri var, yəni elektron cihazlar, o cümlədən tranzistorlar silikon əvəzinə qrafendən hazırlana bilsələr, onlar potensial olaraq bugünkü hər şeydən daha kiçik və daha sürətli ola bilər. istiliyədavamlı, elektrik cərəyanını da keçirən daha güclü materialdır. Bundan əlavə, qrafen işığa qarşı təxminən 98% şəffafdır, yəni şəffaf sensor ekranlar, işıq yayan panellər və hətta günəş batareyaları üçün inqilabi xarakter daşıyır. Nobel Fondunun dediyi kimi 11 il əvvəl, "bəlkə də biz gələcəkdə kompüterlərin daha səmərəli olmasına gətirib çıxaracaq elektronikanın başqa bir miniatürləşdirməsi astanasındayıq."
2.) Səthə quraşdırılan rezistorlar. Bu, ən qədim “yeni” texnologiyadır və yəqin ki, kompüteri və ya mobil telefonu parçalayan hər kəsə tanışdır. Səthə quraşdırılan rezistor, adətən keramikadan hazırlanmış, hər iki tərəfdə keçirici kənarları olan kiçik düzbucaqlı obyektdir. sona çatır.Çox güc və ya istilik sərf etmədən cərəyan axınına müqavimət göstərən keramikanın inkişafı əvvəllər istifadə edilən köhnə ənənəvi rezistorlardan daha üstün olan rezistorlar yaratmağa imkan verdi: eksenel aparıcı rezistorlar.
Bu xüsusiyyətlər onu müasir elektronikada, xüsusilə də aşağı gücə malik və mobil cihazlarda istifadə üçün ideal hala gətirir. Əgər rezistora ehtiyacınız varsa, rezistorlar üçün lazım olan ölçüsü azaltmaq və ya artırmaq üçün bu SMD-lərdən (səthə montaj cihazları) istifadə edə bilərsiniz. eyni ölçülü məhdudiyyətlər daxilində onlara tətbiq edə biləcəyiniz güc.
3.) Superkondensatorlar.Kondensatorlar ən qədim elektron texnologiyalardan biridir.Onlar iki keçirici səthin (lövhələr, silindrlər, sferik qabıqlar və s.) bir-birindən kiçik məsafə ilə ayrıldığı sadə quraşdırmaya əsaslanır. Səthlər bərabər və əks yükləri qoruya bilirlər. Siz cərəyanı kondansatördən keçirməyə çalışdığınız zaman o, yüklənir və cərəyanı söndürdüyünüz zaman və ya iki plitəni birləşdirdiyiniz zaman kondansatör boşalır. Kondansatörlərin enerji saxlama, enerji saxlama, aerozol və s. sərbəst buraxılan enerjinin sürətli partlayışı və cihazın təzyiqindəki dəyişikliklərin elektrik siqnalları yaratdığı piezoelektrik elektronika.
Əlbəttə ki, çox, çox kiçik miqyasda kiçik məsafələrlə bir-birindən çoxlu boşqab hazırlamaq təkcə çətin deyil, həm də əsaslı şəkildə məhduddur. Materiallardakı son nailiyyətlər, xüsusən də kalsium mis titanat (CCTO) kiçik boşluqlarda böyük miqdarda yük saxlaya bilər: superkondensatorlar. Bu miniatür cihazlar köhnəlməzdən əvvəl bir neçə dəfə doldurula və boşaldıla bilər; daha sürətli doldurmaq və boşaltmaq; və köhnə kondansatörlərin vahid həcminə görə 100 dəfə enerji saxlayır. Elektronikanın miniatürləşdirilməsinə gəldikdə, onlar oyunu dəyişən texnologiyadır.
4.) Super induktorlar. “Böyük üçlük”ün sonuncusu kimi, superinduktor 2018-ci ilə qədər çıxan ən son oyunçudur. İnduktor, əsasən, maqnitləşə bilən nüvə ilə istifadə olunan cərəyanlı bobindir. İnduktorlar daxili maqnitlərindəki dəyişikliklərə qarşı çıxırlar. sahə, yəni cərəyanın ondan keçməsinə imkan verməyə çalışsanız, o, bir müddət müqavimət göstərir, sonra cərəyanın oradan sərbəst keçməsinə icazə verir və nəhayət, cərəyanı söndürdüyünüz zaman yenidən dəyişikliklərə müqavimət göstərir. Rezistorlar və kondansatörlərlə yanaşı, onlar bütün dövrələrin üç əsas elementi. Amma yenə də onların əldə edə biləcəyi kiçik hədd var.
Problem ondadır ki, endüktans dəyəri miniatürləşdirmə baxımından yuxu qatili olan endüktansın səth sahəsindən asılıdır.Lakin klassik maqnit endüktansına əlavə olaraq, kinetik enerji indüktansı anlayışı da var: inertiya cərəyan keçirən hissəciklərin özləri hərəkətlərindəki dəyişikliklərin qarşısını alır. Bir xəttdəki qarışqalar sürətlərini dəyişmək üçün bir-biri ilə “danışmalı” olduqları kimi, bu cərəyan keçirən hissəciklər də elektronlar kimi sürəti artırmaq üçün bir-birinə güc tətbiq etməlidirlər. və ya yavaşlayın. Dəyişikliyə qarşı bu müqavimət hərəkət hissi yaradır. Kaustav Banerjinin Nanoelektronika Tədqiqat Laboratoriyasının rəhbərliyi altında indi qrafen texnologiyasından istifadə edən kinetik enerji induktoru hazırlanıb: indiyə qədər qeydə alınmış ən yüksək endüktans sıxlığı materialı.
5.) İstənilən cihaza qrafeni qoyun. İndi hesablayaq. Bizdə qrafen var. Bizdə rezistorların, kondensatorların və induktorların “super” versiyaları var – miniatürləşdirilmiş, möhkəm, etibarlı və səmərəli. Elektronikada ultra miniatürləşdirmə inqilabında son maneə , ən azı nəzəri olaraq, hər hansı bir cihazı (demək olar ki, hər hansı bir materialdan hazırlanmış) elektron cihaza çevirmək qabiliyyətidir. Bunu mümkün etmək üçün bizə lazım olan tək şey qrafen əsaslı elektronikanı istədiyimiz istənilən material növünə yerləşdirmək bacarığıdır. çevik materiallar da daxil olmaqla. Qrafenin yaxşı axıcılığa, elastikliyə, möhkəmliyə və keçiriciliyə malik olması, lakin insanlar üçün zərərsiz olması onu bu məqsəd üçün ideal edir.
Son bir neçə ildə qrafen və qrafen cihazları elə bir şəkildə hazırlanmışdır ki, onlar özləri kifayət qədər ciddi olan bir neçə proses vasitəsilə əldə edilmişdir. Siz sadə köhnə qrafiti oksidləşdirə, suda həll edə və kimyəvi buxarla qrafen edə bilərsiniz. çökmə.Lakin, qrafenin bu şəkildə yerləşdirilə biləcəyi bir neçə substrat var. Siz qrafen oksidini kimyəvi yolla azalda bilərsiniz, lakin bunu etsəniz, keyfiyyətsiz qrafenlə nəticələnəcəksiniz. Siz həmçinin mexaniki aşındırma yolu ilə qrafen istehsal edə bilərsiniz. , lakin bu, istehsal etdiyiniz qrafenin ölçüsünü və ya qalınlığını idarə etməyə imkan vermir.
Lazerlə həkk olunmuş qrafenin inkişafı burada baş verir. Buna nail olmağın iki əsas yolu var. Biri qrafen oksidi ilə başlamaqdır. Əvvəlki kimi: siz qrafiti götürüb oksidləşdirirsiniz, lakin kimyəvi reduksiya əvəzinə onu azaldırsınız. lazerlə. Kimyəvi cəhətdən azaldılmış qrafen oksiddən fərqli olaraq, o, superkondensatorlarda, elektron sxemlərdə və yaddaş kartlarında və başqalarında istifadə oluna bilən yüksək keyfiyyətli məhsuldur.
Siz həmçinin poliimiddən, yüksək temperaturda plastikdən və naxışlı qrafendən birbaşa lazerlə istifadə edə bilərsiniz. Lazer poliimid şəbəkəsindəki kimyəvi bağları qırır və karbon atomları nazik, yüksək keyfiyyətli qrafen təbəqələri yaratmaq üçün termal olaraq yenidən təşkil olunur. Poliimid göstərdi bir ton potensial tətbiqetmədir, çünki onun üzərində qrafen dövrələrini həkk edə bilsəniz, əsasən poliimidin istənilən formasını geyilən elektronikaya çevirə bilərsiniz. Bunlara, bir neçəsini qeyd etmək olar:
Lazerlə həkk olunmuş qrafenin yeni kəşflərinin yaranması, yüksəlişi və hər yerdə yayılmasını nəzərə alsaq, bəlkə də ən maraqlısı hazırda mümkün olanların üfüqündədir. Lazerlə həkk olunmuş qrafenlə siz enerji yığıb saxlaya bilərsiniz: enerjiyə nəzarət edən cihaz .Tərəqqi edə bilməyən texnologiyanın ən dəhşətli nümunələrindən biri batareyalardır. Bu gün biz çoxəsrlik texnologiya olan elektrik enerjisini saxlamaq üçün demək olar ki, quru hüceyrə kimyasından istifadə edirik. Sink-hava batareyaları və bərk cisim kimi yeni saxlama cihazlarının prototipləri elastik elektrokimyəvi kondensatorlar yaradılmışdır.
Lazerlə həkk olunmuş qrafen ilə nəinki enerji saxlama üsulumuzda inqilab edə bilərik, həm də mexaniki enerjini elektrik enerjisinə çevirən geyilə bilən cihazlar yarada bilərik: triboelektrik nanogeneratorlar. Biz günəş enerjisində inqilab etmək potensialına malik əlamətdar üzvi fotovoltaiklər yarada bilərik. çevik bioyanacaq hüceyrələri də edə bilər; imkanlar böyükdür. Enerjinin toplanması və saxlanması sərhədlərində inqilabların hamısı qısamüddətlidir.
Bundan əlavə, lazerlə həkk olunmuş qrafen misli görünməmiş sensorlar dövrünü açmalıdır. Buraya fiziki sensorlar daxildir, çünki fiziki dəyişikliklər (temperatur və ya gərginlik kimi) müqavimət və empedans kimi elektrik xassələrində dəyişikliklərə səbəb olur (buraya həm də tutum və endüktansın töhfələri daxildir) ).Bura həmçinin qaz xassələrində və rütubətdə dəyişiklikləri və – insan orqanizminə tətbiq edildikdə – kiminsə həyati əlamətlərindəki fiziki dəyişiklikləri aşkar edən cihazlar daxildir. Məsələn, Star Trek-dən ilhamlanan trikorder ideyası tez bir zamanda köhnəlmiş ola bilər. sadəcə olaraq vücudumuzdakı hər hansı narahatedici dəyişikliklər barədə bizi xəbərdar edən həyati əlamətlərin monitorinqi yamasının əlavə edilməsi.
Bu düşüncə xətti həm də tamamilə yeni bir sahə aça bilər: lazerlə həkk olunmuş qrafen texnologiyasına əsaslanan biosensorlar. Lazerlə oyulmuş qrafen əsasında hazırlanmış süni boğaz öskürək, vızıltı, qışqırıq, udma və başını tərpətmə arasında siqnal fərqlərini müəyyən edərək boğaz vibrasiyasını izləməyə kömək edə bilər. Hərəkətlər.Lazerlə həkk olunmuş qrafen, həmçinin, əgər siz xüsusi molekulları hədəfə ala bilən, müxtəlif geyilə bilən biosensorlar dizayn edə bilən və hətta müxtəlif teletibb tətbiqlərini işə salmağa kömək edən süni bioreseptor yaratmaq istəyirsinizsə, böyük potensiala malikdir.
2004-cü ilə qədər, ən azı qəsdən, qrafen təbəqələrinin istehsalı üsulu ilk dəfə işlənib hazırlanmışdır. O vaxtdan bəri keçən 17 il ərzində bir sıra paralel irəliləyişlər, nəhayət, insanların elektronika ilə qarşılıqlı əlaqəsini dəyişdirmək imkanını ön plana çıxardı. Qrafen əsaslı cihazların istehsalı və istehsalının bütün mövcud üsulları ilə müqayisədə, lazerlə həkk olunmuş qrafen dəri elektronikasının dəyişməsi də daxil olmaqla müxtəlif tətbiqlərdə sadə, kütləvi istehsal olunan, yüksək keyfiyyətli və ucuz qrafen nümunələrinə imkan verir.
Yaxın gələcəkdə enerji sektorunda, o cümlədən enerjiyə nəzarət, enerji yığımı və enerjinin saxlanması sahəsində irəliləyişləri gözləmək məqsədəuyğundur. Həmçinin yaxın perspektivdə fiziki sensorlar, qaz sensorları və hətta biosensorlar da daxil olmaqla sensorlarda irəliləyişlər olacaq. Ən böyük İnqilab çox güman ki, geyilə bilən cihazlardan, o cümlədən diaqnostik teletibb tətbiqləri üçün cihazlardan gələcək. Əmin olmaq üçün, bir çox problem və maneələr hələ də qalmaqdadır. Lakin bu maneələr inqilabi təkmilləşdirmələr deyil, artımlı təkmilləşdirmələr tələb edir. Qoşulan cihazlar və Əşyaların İnterneti böyüməyə davam etdikcə, ultra kiçik elektronika həmişəkindən daha böyükdür. Qrafen texnologiyasındakı ən son irəliləyişlərlə gələcək bir çox cəhətdən artıq buradadır.
Göndərmə vaxtı: 21 yanvar 2022-ci il
