Neiegkeeten

Bal alles wat mir an der moderner Welt begéinen, hänkt zu engem gewësse Mooss op Elektronik.Säit mir fir d'éischt entdeckt hunn wéi Elektrizitéit benotzt gëtt fir mechanesch Aarbecht ze generéieren, hu mir grouss a kleng Apparater erstallt fir eist Liewen technesch ze verbesseren.Vun elektresch Luuchten bis Smartphones, all Apparat. Mir entwéckelen besteet aus nëmmen e puer einfache Komponenten, déi a verschiddene Konfiguratiounen zesummegestecht sinn.
Eis modern Elektronik Revolutioun baséiert op dës véier Zorte vu Komponenten, plus - spéider - Transistoren, fir eis bal alles ze bréngen, wat mir haut benotzen. manner Kraaft, a verbannen eis Apparater mateneen, komme mir séier iwwer dës Klassiker Grenzen.Technology.Awer, an de fréien 2000er koumen all fënnef Fortschrëtter zesummen, a si hunn ugefaang eis modern Welt ze transforméieren. Hei ass wéi et alles gaangen ass.
1.) Entwécklung vum Graphen.Vun all de Materialien, déi an der Natur fonnt ginn oder am Labo erstallt ginn, ass Diamant net méi dat haartste Material. Et gi sechs méi haart, déi schwéierst ass Graphen. Am Joer 2004 huet Grafen, en atomdécke Plack vu Kuelestoff. zesummen an engem sechseckegen Kristallmuster gespaart, gouf zoufälleg am Labo isoléiert.Just sechs Joer no dësem Fortschrëtt goufen seng Entdecker Andrei Heim a Kostya Novoselov mam Nobelpräis an der Physik ausgezeechent.Net nëmmen ass et dat haartste Material dat jeemools gemaach gouf, onheemlech elastesch fir kierperlechen, chemeschen an thermesche Stress, awer et ass tatsächlech e perfekte Gitter vun Atomer.
Graphene huet och faszinéierend konduktiv Eegeschaften, dat heescht datt wann elektronesch Geräter, dorënner Transistoren, aus Graphen amplaz vu Silizium gemaach kënne ginn, kënne se potenziell méi kleng a méi séier sinn wéi alles wat mir haut hunn. en hëtzebeständeg, méi staarkt Material dat och Elektrizitéit féiert.Ausserdeem ass Graphen ongeféier 98% transparent fir d'Liicht, dat heescht datt et revolutionär ass fir transparent Touchscreens, liichtemittéierend Paneele a souguer Solarzellen.Wéi d'Nobelstëftung et 11 Joer huet. ago, "vläicht si mir um Rand vun enger anerer Miniaturiséierung vun der Elektronik, déi zu Computeren an Zukunft méi effizient wäert féieren."
2.) Surface mount resistors.This ass déi eelst "nei" Technologie an ass wahrscheinlech fir jiddereen vertraut, deen e Computer oder Handy dissected.A Surface mount resistor ass e klengen rechteckegen Objet, normalerweis aus Keramik, mat konduktive Kanten op béide Säiten. Enden.D'Entwécklung vu Keramik, déi de Stroum vum Stroum widderstoen ouni vill Kraaft oder Hëtzt ze dissipéieren, huet et méiglech gemaach Widderstänn ze kreéieren déi iwwer déi eeler traditionell Widderstänn déi virdru benotzt goufen: axial Bläiwidderstander.
Dës Eegeschafte maachen et ideal fir Gebrauch an modern Elektronik, besonnesch niddereg-Muecht a mobilen Apparater. Wann Dir e Widderstand braucht, kënnt Dir eng vun dësen SMDs benotzen (Surface Mount Apparater) fir d'Gréisst ze reduzéieren, déi Dir braucht fir d'Resistors, oder fir ze vergréisseren. d'Kraaft kënnt Dir hinnen bannent der selwechter Gréisst Contrainten gëlle.
3.) Supercapacitors.Kondensatore sinn eng vun den eelsten elektroneschen Technologien.Si baséieren op engem einfache Setup, an deem zwee konduktiv Flächen (Placken, Zylinder, Kugelgestalt, asw.) vuneneen duerch eng kleng Distanz getrennt sinn, an déi zwee Flächen si fäeg fir gläich an entgéintgesate Ladungen ze halen.Wann Dir probéiert de Stroum duerch de Kondensator ze passéieren, läscht et a wann Dir de Stroum ausschalt oder déi zwou Placke verbënnt, entlaasst d'Kondensatoren.Kondensatoren hunn eng breet Palette vun Uwendungen, dorënner Energielagerung, eng séier Burst vun fräigelooss Energie, a piezoelektresch Elektronik, wou Ännerungen am Apparat Drock generéieren elektresch Signaler.
Selbstverständlech ass et net nëmmen Erausfuerderung, mee grondsätzlech limitéiert.Rezent Fortschrëtter a Materialien - besonnesch Kalzium Kupfertitanat (CCTO) - kënne grouss Quantitéiten un Laden a klenge Raum späicheren: Superkondensatoren. Dës miniaturiséiert Geräter kënnen e puer Mol gelueden an entlooss ginn, ier se ofschrauwen; laden an entlaascht méi séier; a späicheren 100 Mol d'Energie pro Eenheetsvolumen vun eelere Kondensatoren. Si sinn eng Spillverännerend Technologie wann et ëm d'Elektronik ze miniaturiséieren.
4.) Super inductors.Als de leschte vun de "Big Three", ass den Superinduktor dee leschte Spiller dee bis 2018 erauskoum.En Induktor ass am Fong eng Spule mat engem Stroum, deen mat engem magnetiséierbare Kär benotzt gëtt. Induktoren sinn géint Ännerungen an hirer interner Magnéit Terrain, dat heescht, wann Dir probéiert de Stroum duerch et ze loossen, et widderstoen fir eng Zäit, dann erlaabt Stroum fräi duerch et ze fléien, a widderstoen endlech nees Ännerungen wann Dir de Stroum ausschalt.Zesumme mat resistors an capacitors, si dräi Grondelementer vun alle Circuiten.Awer nach eng Kéier gëtt et eng Limite fir wéi kleng se kënne ginn.
De Problem ass datt den Induktiounswäert vun der Uewerfläch vum Induktor hänkt, wat en Dramkiller a punkto Miniaturiséierung ass. Awer nieft der klassescher magnetescher Induktioun gëtt et och d'Konzept vun der kinetescher Energieinduktioun: d'Inertia vun déi aktuell droende Partikel selwer verhënnert Verännerungen an hirer Bewegung.Just wéi d'Seimen an enger Linn matenee mussen "schwätze" fir hir Geschwindegkeet ze änneren, mussen dës Stroumpartikelen, wéi Elektronen, eng Kraaft openeen ausüben fir ze beschleunegen. oder lues.Dës Resistenz géint d'Verännerung schaaft e Gefill vu Bewegung.Under der Leedung vum Kaustav Banerjee's Nanoelectronics Research Laboratory, ass elo e kinetesch Energie-Induktor mat Graphen-Technologie entwéckelt ginn: dat héchste Induktansdichtmaterial dat jeemools opgeholl gouf.
5.) Put graphene an all Apparat. Elo loosse mer de Bilan maachen. Mir hunn graphene. Mir hunn "super" Versiounen vun resistors, capacitors an inductors - miniaturized, robust, zouverlässeg an efficace. Déi lescht Hürd an der ultra-miniaturization Revolutioun an elektronesch , op d'mannst an der Theorie, ass d'Fähegkeet all Apparat (aus bal all Material gemaach) an en elektroneschen Apparat ze maachen.Fir dëst méiglech ze maachen, alles wat mir brauchen ass d'Fähegkeet graphene-baséiert Elektronik an all Zort vun Material ze embed, mir wëllen, dorënner flexibel Materialien.D'Tatsaach, datt Graphene gutt Flëssegkeet, Flexibilitéit, Kraaft a Konduktivitéit huet, an och fir de Mënsch harmlos ass, mécht et ideal fir dësen Zweck.
An de leschte Joren sinn graphene a graphene Apparater op eng Manéier fabrizéiert ginn, déi nëmmen duerch eng Handvoll Prozesser erreecht ginn, déi selwer zimlech rigoréis sinn. Oflagerung.Et ginn awer nëmmen e puer Substrater, op deenen op dës Manéier Graphen deposéiert ka ginn.Dir kënnt Graphenoxid chemesch reduzéieren, awer wann Dir dat maacht, kënnt Dir mat enger schlechter Qualitéit Graphen.Dir kënnt och Graphen duerch mechanesch Peeling produzéieren. , awer dëst erlaabt Iech net d'Gréisst oder d'Dicke vum Graphen ze kontrolléieren deen Dir produzéiert.
Dëst ass wou d'Fortschrëtter am lasergravéierte Graphen erakommen. Et ginn zwou Haapt Weeër fir dëst z'erreechen. Eent ass mat Graphenoxid unzefänken. Selwecht wéi virdrun: Dir hëlt Grafit an oxidéiert et, awer amplaz et chemesch ze reduzéieren, reduzéiert Dir et. mat engem Laser.Am Géigesaz zu chemesch reduzéierter Graphenoxid ass et e qualitativ héichwäertegt Produkt dat ënner anerem an Superkondensatoren, elektronesche Circuiten a Memory Cards benotzt ka ginn.
Dir kënnt och polyimid benotzen, engem héich-Temperatur Plastik, a Muster graphene direkt mat engem Laser.De Laser brécht chemesch Obligatiounen am polyimide Reseau, an d'Kuelestoff Atomer thermesch reorganiséieren sech dënn, héich-Qualitéit graphene Blieder Form.Polyimide huet gewisen, wie eng Tonn vu potenziellen Applikatiounen, well wann Dir Grafenkreesser drop gravéiere kënnt, kënnt Dir am Fong all Form vu Polyimid an wearable Elektronik ëmsetzen. Dës, fir e puer ze nennen, enthalen:
Awer vläicht am meeschte spannend - d'Entstoe, d'Erhéijung an d'Ubiquity vun neien Entdeckungen vum lasergravéierte Graphen - ass um Horizont vun deem wat momentan méiglech ass.Mat lasergravéierte Grafen kënnt Dir Energie sammelen a späicheren: en Energiekontrolléierend Apparat. .Ee vun de stäerkste egregious Beispiller vun Technologie net viraus ass Batterien.Haut, mir benotzen bal dréchen Zell Chimie elektresch Energie ze stockéieren, eng Joerhonnert-al Technologie.Prototypen vun neie Stockage Apparater, wéi Zénk-Loft Batterien a Feststoff. flexibel elektrochemesch Kondensatoren, erstallt ginn.
Mat lasergravéierte Graphen kënne mir net nëmmen d'Art a Weis wéi mir Energie späicheren revolutionéieren, mee mir kënnen och wearable Geräter kreéieren déi mechanesch Energie an Elektrizitéit konvertéieren: triboelektresch Nanogeneratoren. kéint och flexibel Biobrennstoff Zellen maachen; d'Méiglechkeeten sinn enorm.Op de Grenze vun der Energie sammelen an ze späicheren, sinn Revolutiounen alles op kuerzfristeg.
Ausserdeem soll lasergravéiert Graphen eng Ära vun onendleche Sensoren aleeden. Dëst beinhalt physesch Sensoren, well kierperlech Verännerungen (wéi Temperatur oder Belaaschtung) Verännerungen an elektresche Properties wéi Resistenz an Impedanz verursaachen (déi och d'Bäiträg vun der Kapazitéit an der Induktioun enthalen). ).Et enthält och Apparater déi Verännerungen an de Gaseigenschaften a Fiichtegkeet erkennen, an - wann se op de mënschleche Kierper applizéiert ginn - kierperlech Verännerungen an de vital Schëlder vun engem. befestegt einfach e vital Zeechen Iwwerwachung Patch deen eis direkt op all beonrouegend Verännerungen an eise Kierper alarméiert.
Dës Linn vum Denken kéint och e ganz neit Feld opmaachen: Biosensoren op Basis vun der Laser-gravéierter Graphen-Technologie.En kënschtlechen Hals baséiert op Laser-gravéierte Graphen kéint hëllefen Halsvibratiounen ze iwwerwaachen, Signaldifferenzen tëscht Husten, Buzzen, Gejäiz, Schlucken a Knäppen z'identifizéieren Bewegungen.Laser-gravéiert Graphen huet och e grousst Potenzial, wann Dir e kënschtleche Biorezeptor wëllt kreéieren, dee spezifesch Moleküle ziele kann, verschidde wearable Biosensoren designen oder souguer hëllefen, verschidde Telemedizinapplikatiounen z'erméiglechen.
Eréischt am Joer 2004 gouf fir d'éischt eng Method entwéckelt fir graphene Blieder ze produzéieren, op d'mannst virsiichteg.An de 17 Joer zënter huet eng Rei vu parallele Fortschrëtter endlech d'Méiglechkeet d'Méiglechkeet ze revolutionéieren, d'Art a Weis wéi d'Mënsche mat Elektronik interagéieren. Am Verglach mat all existéierende Methoden fir Graphen-baséiert Geräter ze produzéieren an ze fabrizéieren, erméiglecht Laser-gravéiert Graphen einfach, masseproduzéierbar, qualitativ héichwäerteg a preiswert Graphenmuster a verschiddenen Uwendungen, dorënner Hautelektronik änneren.
An der nächster Zukunft ass et raisonnabel Fortschrëtter am Energiesecteur ze erwaarden, dorënner Energie Kontroll, Energie Ernte, an Energie Stockage.Och a kuerzfristeg sinn Fortschrëtter vun Sensoren, dorënner kierperlech Sensoren, Gas Sensoren, a souguer Biosensoren. Revolutioun wäert wahrscheinlech aus wearables kommen, dorënner Apparater fir diagnostesch Telemedizin Uwendungen. Fir sécher ze sinn, vill Erausfuerderungen an Hindernisser bleiwen.Awer dës Hindernisser erfuerderen inkrementell anstatt revolutionär Verbesserungen.Wéi verbonne Geräter an den Internet vun de Saachen weider wuessen, ass de Besoin fir ultra-kleng Elektronik ass méi grouss wéi jee.Mat de leschte Fortschrëtter an der Graphen-Technologie ass d'Zukunft schonn op ville Weeër.