Næstum allt sem við lendum í nútímanum byggir að einhverju leyti á rafrænum vörum.Síðan við uppgötvuðum fyrst hvernig á að nota rafmagn til að búa til vélræna vinnu, höfum við búið til tæki af öllum stærðum til að bæta líf okkar.Allt frá ljósum til snjallsíma, hvert tæki sem við þróum samanstendur af örfáum einföldum íhlutum, sem eru splæst saman í ýmsum stillingum.Reyndar, í meira en öld, höfum við treyst á:
Nútíma rafeindabyltingin okkar byggir á þessum fjórum gerðum íhluta og síðari smára, sem færir okkur nánast allt sem við notum í dag.Þegar við keppumst að því að smækka rafeindatæki, fylgjumst með fleiri og fleiri þáttum í lífi okkar og veruleika, sendum meiri gögn með minni krafti og tengjum tæki okkar hvert við annað, munum við fljótlega lenda í þessum klassísku takmörkunum.tækni.En í upphafi 21. aldar eru fimm framfarir að koma saman og þær eru farnar að breyta nútíma heimi okkar.Þetta er það sem allt er að gerast.
1.) Þróun grafens.Meðal allra efna sem finnast í náttúrunni eða búið til á rannsóknarstofunni er demantur ekki lengur harðasta efnið.Sex eru erfiðari og erfiðast er grafen.Grafenið sem var óvart aðskilið á rannsóknarstofunni árið 2004 er eins atóms þykk kolefnisplata læst saman í sexhyrndu kristalmynstri.Aðeins sex árum eftir þessar framfarir unnu uppgötvendur hennar Andrei Heim og Kostya Novoselov Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði.Það er ekki aðeins harðasta efnið nokkru sinni, og það er ótrúlega seigur fyrir líkamlegu, efnafræðilegu og varmaálagi, heldur er það sannarlega fullkomin atómgrind.
„Kannski erum við á barmi annarrar smæðingar rafeindavara sem mun gera tölvur skilvirkari í framtíðinni.“
Grafen hefur líka heillandi leiðandi eiginleika, sem þýðir að ef rafeindatæki, þar á meðal smári, gætu verið gerð úr grafeni í stað kísils, gætu þau verið minni og hraðvirkari en allt sem við höfum í dag.Ef grafeni er blandað í plast er hægt að breyta plastinu í hitaþolið, sterkara efni og það getur leitt rafmagn.Að auki er gagnsæi grafens fyrir ljósi um 98%, sem þýðir að það er byltingarkennd fyrir gagnsæja snertiskjái, ljósgeisla spjöld og jafnvel sólarsellur.Eins og Nóbelssjóðurinn sagði fyrir 11 árum síðan: „Kannski erum við á mörkum þess að smækka aðra rafræna vöru, sem mun gera tölvur skilvirkari í framtíðinni.“
2.) Yfirborðsfestingarviðnám.Þetta er elsta „nýja tækni“ og allir sem hafa einhvern tíma greint tölvu eða farsíma kannast við hana.Yfirborðsfestingarviðnám er pínulítill rétthyrndur hlutur, venjulega úr keramik, með leiðandi brúnir á báðum endum.Þróun keramik getur komið í veg fyrir flæði straums án þess að dreifa afli eða upphitun, þannig að hægt er að búa til viðnám sem eru betri en eldri hefðbundnu viðnám sem notað var áður: axial blýviðnám.
Þessir eiginleikar gera þau mjög hentug fyrir nútíma rafeindatæki, sérstaklega litla orkunotkun og farsíma.Ef þú þarft viðnám geturðu notað einn af þessum SMD-tækjum (yfirborðsfestingartækjum) til að minnka stærðina sem þú þarft fyrir viðnámið eða auka kraftinn sem þú getur beitt þeim innan sömu stærðarmarka.
3.) Ofurþétti.Þéttar eru ein elsta rafeindatæknin.Þau byggjast á einfaldri uppsetningu þar sem tveir leiðandi fletir (plötur, sívalningar, kúlulaga skeljar o.s.frv.) eru aðskildar frá hvor öðrum með lítilli fjarlægð og þessir tveir fletir geta haldið jafnri og gagnstæðri hleðslu.Þegar þú reynir að leiða straum í gegnum þéttann hleðst hann;þegar þú slekkur á straumnum eða tengir tvö borð, tæmist þétturinn.Þéttar hafa mikið úrval af forritum, þar á meðal orkugeymsla, hraðvirkar orkulosun í eitt skipti og rafeindatækni þar sem breytingar á þrýstingi tækisins mynda rafræn merki.
Auðvitað er það ekki aðeins krefjandi að framleiða margar plötur með mjög litlu bili á mjög, mjög litlum mælikvarða, heldur einnig í grundvallaratriðum takmörkuð.Nýjasta þróunin í efnum - sérstaklega kalsíumkopartítanati (CCTO) - gerir það mögulegt að geyma mikið magn af rafhleðslu í pínulitlum rýmum: ofurþéttum.Þessi smækkuðu tæki er hægt að hlaða og tæma oft áður en þau slitna;þeir hlaða og losna hraðar;og þeir geyma 100 sinnum meiri orku á rúmmálseiningu en eldri þéttar.Hvað smækkar rafeindavörur varðar eru þær tækni sem breytir leik.
4.) Ofur inductors.Síðasti af „stóru þremur“, Super Inductor er nýjasti þátttakandinn, sem varð ekki að veruleika fyrr en 2018. Inductor er í grundvallaratriðum spóla, straumur og segulmagnaðir kjarni notaðir saman.Spólinn er á móti breytingu á innra segulsviði hans, sem þýðir að ef þú reynir að hleypa straumi í gegnum einn, mun hann standast í smá stund, þá láta strauminn flæða frjálslega í gegnum hann og að lokum standast þessar breytingar aftur þegar þú snýrð straumur af.Ásamt viðnámum og þéttum eru þeir þrír grunnþættir allra hringrása.En aftur, það eru takmörk fyrir því hversu lítil þau geta orðið.
Vandamálið er að inductance gildið fer eftir yfirborðsflatarmáli inductor, sem er draumadrepandi hvað varðar smæðingu.Hins vegar, til viðbótar við klassíska segulskynjunina, er einnig hugtakið hreyfing: tregða straumberandi agna hindrar breytingar á hreyfingu þeirra.Rétt eins og maurar í línu verða að "tala" hver við annan til að breyta hraða sínum, þurfa þessar straumberandi agnir (eins og rafeindir) að beita krafti hver á aðra til að hraða eða hægja á sér.Þessi viðnám gegn breytingum skapar tilfinningu fyrir hreyfingu.Undir forystu Kaustav Banerjee Nanoelectronics Research Laboratory hefur kraftmikill spóla sem notar grafentækni verið þróaður: efnið með hæsta sprautuþéttleika allra tíma.
5.) Settu grafen í hvaða tæki sem er.Nú skulum við taka stöðuna.Við erum með grafen.Við höfum „ofur“ útgáfur af viðnámum, þéttum og spólum sem eru smækkuð, harðgerð, áreiðanleg og skilvirk.Að minnsta kosti í orði, síðasta hindrunin fyrir byltingu í rafeindatækni ofur-smæðingu er hæfileikinn til að breyta nánast hvaða tæki sem er úr hvaða efni sem er í rafeindatæki.Til að gera þetta mögulegt, allt sem við þurfum er að geta fellt grafen-undirstaða rafeindatæki í hvaða tegund af efni sem við viljum, þar með talið sveigjanlegt efni.Sú staðreynd að grafen veitir góða vökva, sveigjanleika, styrk og leiðni á sama tíma og það er skaðlaust mannslíkamanum gerir það tilvalið val í þessum tilgangi.
Undanfarin ár hefur grafen- og grafenbúnaður aðeins verið framleiddur með nokkrum ferlum sem hafa töluverðar takmarkanir.Þú getur oxað venjulegt gamalt grafít, síðan leyst það upp í vatni og síðan búið til grafen með efnagufu.Hins vegar geta aðeins örfá hvarfefni sett grafen af á þennan hátt.Þú getur efnafræðilega minnkað grafenoxíð, en ef þú gerir það, munt þú enda með léleg gæði grafen.Þú getur líka framleitt grafen með vélrænni flögnun, en það gerir þér ekki kleift að stjórna stærð eða þykkt grafensins sem framleitt er.
Þetta er þar sem framfarir leysirgrafengrafens liggja.Það eru tvær meginleiðir til að ná þessu.Eitt er að byrja á grafenoxíði.Sama og áður: þú oxar grafítið, en í stað þess að minnka það efnafræðilega, minnkarðu það með laser.Ólíkt efnafræðilega minnkað grafenoxíði, skapar þetta hágæða vöru sem hægt er að nota í ofurþétta, rafrásir og minniskort, svo eitthvað sé nefnt.
Þú getur líka notað pólýímíð - háhitaplast - og notað leysir til að mynstur grafen beint á það.Lasarinn brýtur efnatengin í pólýímíðnetinu og kolefnisatómin sameinast aftur í gegnum hita og mynda þunnt, hágæða grafenblað.Pólýímíð hefur sýnt fram á mikinn fjölda mögulegra nota, því ef þú getur grafið grafen hringrásir á það, getur þú í rauninni breytt hvaða lögun sem er af pólýímíði í rafeindabúnað sem hægt er að nota.Þetta, svo eitthvað sé nefnt, eru meðal annars:
En það sem er kannski mest spennandi - miðað við tilkomu og uppgang leysigrafins grafens og alls staðar að nýjum uppgötvunum - er á sjóndeildarhringnum sem er möguleg um þessar mundir.Með því að nota leysigrafið grafen geturðu safnað og geymt orku: orkustýringartæki.Eitt átakanlegasta dæmið um tæknibrest í framþróun eru rafhlöður.Í dag notum við næstum þurrfrumuefnarafhlöður til að geyma raforku, sem er tækni sem á sér mörg hundruð ára sögu.Frumgerðir nýrra geymslutækja hafa verið búnar til, eins og sink-loft rafhlöður og sveigjanleg rafefnaþétta í föstu formi.
Með því að nota leysigrafið grafen getum við ekki aðeins gjörbreytt því hvernig við geymum orku, heldur einnig búið til klæðanlegt tæki sem breytir vélrænni orku í raforku: núning nanórafall.Við getum búið til framúrskarandi lífrænan ljósabúnað sem gæti gjörbreytt sólarorku.Við getum líka búið til sveigjanlegar lífeldsneytisfrumur;möguleikarnir eru miklir.Hvað varðar söfnun og geymslu orku, þá er byltingin að gerast á stuttum tíma.
Að auki ætti leysigrafið grafen að hefja áður óþekkt skynjaratímabil.Þetta felur í sér líkamlega skynjara, vegna þess að eðlisfræðilegar breytingar, eins og hitastig eða álag, geta leitt til breytinga á rafeiginleikum, svo sem viðnám og viðnám (þar á meðal framlag rýmds og inductance).Það felur einnig í sér tæki sem greina breytingar á gaseiginleikum og rakastigi, og - þegar það er notað á mannslíkamann - líkamlegar breytingar á lífsmörkum einhvers.Til dæmis, "Star Trek" hvatti hugmyndina um þríása hljóðfæri, svo framarlega sem lífsmerkjaeftirlitsplástur er einfaldlega settur upp, mun hann strax minna okkur á allar áhyggjufullar breytingar á líkamanum, sem verða brátt úreltar.
Þessi hugmynd getur einnig opnað allt nýtt svið: lífskynjara sem byggjast á grafentækni með lasergrafíni.Gervihálsi byggður á leysigreyptu grafeni getur hjálpað til við að fylgjast með titringi í hálsi og bera kennsl á merkjamun á hósta, suð, öskri, kyngingu og kinkandi hreyfingum.Ef þú vilt búa til gervi lífviðtaka sem getur miðað á sérstakar sameindir, hannað ýmsa lífskynjara sem hægt er að nota og jafnvel hjálpa til við að átta þig á ýmsum fjarlækningum, þá hefur leysigrafen grafen einnig mikla möguleika.
Það var ekki fyrr en árið 2004 sem aðferð til að framleiða grafenblöð að minnsta kosti viljandi var þróuð í fyrsta skipti.Á næstu 17 árum mun röð samhliða framfara loksins setja möguleikann á að gjörbreyta samskiptum manna við rafeindatæki í fremstu röð.Í samanburði við allar fyrri aðferðir við að framleiða og framleiða grafen-undirstaða tæki, gerir leysigrafið grafen kleift að fá einföld, fjöldaframleidd, hágæða og ódýr grafenmynstur í ýmsum forritum, þar á meðal rafeindatækni fyrir húð.breyta.
Í náinni framtíð er ekki óraunhæft að búast við framförum í orkugeiranum, þar á meðal orkustjórnun, orkuöflun og orkugeymslu.Í náinni framtíð verða einnig framfarir í skynjara, þar á meðal líkamlega skynjara, gasskynjara og jafnvel lífskynjara.Stærsta byltingin gæti komið frá tækjum sem hægt er að bera á sér, þar á meðal þau sem notuð eru til að greina fjarlækningaforrit.Vissulega eru enn margar áskoranir og hindranir.En þessar hindranir krefjast stigvaxandi frekar en byltingarkenndra umbóta.Með stöðugri þróun tengdra tækja og Internet of Things er eftirspurnin eftir ofurlitlum rafeindavörum meiri en nokkru sinni fyrr.Með nýjustu þróun í grafentækni, á margan hátt, er framtíðin komin.
Ný tegund af vatnshreinsibúnaði sem getur hreinsað árvatn á einfaldan og fljótlegan hátt mun hjálpa til við að leysa vandamálið með skort á drykkjarvatni á heimsvísu.
Birtingartími: 11-feb-2020