habari

Takriban kila kitu tunachokutana nacho katika ulimwengu wa kisasa kinategemea umeme kwa kiasi fulani.Tangu tulipogundua kwa mara ya kwanza jinsi ya kutumia umeme kuzalisha kazi ya kiufundi, tumeunda vifaa vikubwa na vidogo ili kuboresha maisha yetu kiufundi. Kuanzia taa za umeme hadi simu mahiri, kila kifaa. tunatengeneza hujumuisha vipengele vichache rahisi vilivyounganishwa pamoja katika usanidi mbalimbali. Kwa kweli, kwa zaidi ya karne moja, tumetegemea:
Mapinduzi yetu ya kisasa ya kielektroniki yanategemea aina hizi nne za vijenzi, pamoja na - baadaye - transistors, kutuletea karibu kila kitu tunachotumia leo. Tunapokimbia kupunguza vifaa vya kielektroniki, kufuatilia vipengele zaidi na zaidi vya maisha yetu na uhalisia, kusambaza data zaidi na nishati kidogo, na kuunganisha vifaa vyetu kwa kila mmoja, tunakutana kwa haraka na mipaka hii ya zamani.Teknolojia.Lakini, katika miaka ya mapema ya 2000, maendeleo matano yote yaliunganishwa, na yameanza kubadilisha ulimwengu wetu wa kisasa.Hivi ndivyo mambo yalivyokuwa.
1.) Ukuzaji wa graphene.Kati ya nyenzo zote zinazopatikana katika maumbile au kuundwa katika maabara, almasi sio nyenzo ngumu zaidi. Kuna sita ngumu zaidi, ngumu zaidi ikiwa ni graphene.Mwaka wa 2004, graphene, karatasi ya kaboni yenye unene wa atomi. imefungwa pamoja katika muundo wa fuwele wa pembe sita, ilitengwa kwa bahati mbaya katika maabara. Miaka sita tu baada ya maendeleo haya, wavumbuzi wake Andrei Heim na Kostya Novoselov walitunukiwa Tuzo ya Nobel ya Fizikia. kimwili, kemikali, na mkazo wa mafuta, lakini kwa kweli ni kimiani kamili ya atomi.
Graphene pia ina sifa za kuvutia za upitishaji, ikimaanisha kwamba ikiwa vifaa vya elektroniki, pamoja na transistors, vinaweza kutengenezwa kutoka kwa graphene badala ya silikoni, vinaweza kuwa vidogo na vya haraka zaidi kuliko kitu chochote tulicho nacho leo. Ikiwa graphene itachanganywa katika plastiki, inaweza kugeuzwa kuwa nyenzo inayostahimili joto, yenye nguvu ambayo pia huendesha umeme. Kwa kuongezea, graphene ina uwazi wa takriban 98% kwa mwanga, ambayo inamaanisha ni ya mapinduzi kwa skrini za kugusa za uwazi, paneli zinazotoa mwanga na hata seli za jua. Kama Wakfu wa Nobel ulivyoweka miaka 11 iliyopita, "labda tuko kwenye hatihati ya uboreshaji mwingine mdogo wa kielektroniki ambao utasababisha kompyuta kuwa bora zaidi katika siku zijazo."
2.) Vizuia mlima wa uso. Hii ndiyo teknolojia ya zamani zaidi "mpya" na pengine inajulikana kwa mtu yeyote ambaye amechambua kompyuta au simu ya rununu. Kipinga cha kupachika uso ni kitu kidogo cha mstatili, kwa kawaida hutengenezwa kwa kauri, chenye kingo za conductive pande zote mbili. mwisho.Uendelezaji wa keramik, ambayo hupinga mtiririko wa sasa bila kupoteza nguvu nyingi au joto, imefanya iwezekanavyo kuunda vipinga ambavyo ni bora zaidi kuliko vipinga vya zamani vya jadi vilivyotumiwa hapo awali: vipinga vya axial risasi.
Sifa hizi zinaifanya kuwa bora kwa matumizi ya vifaa vya kisasa vya elektroniki, haswa vya nguvu ya chini na vifaa vya rununu.Ikiwa unahitaji kinzani, unaweza kutumia mojawapo ya SMD hizi (vifaa vya kupachika uso) ili kupunguza ukubwa unaohitaji kwa vipingamizi, au kuongeza. nguvu unayoweza kutumia kwao ndani ya vikwazo vya ukubwa sawa.
3.) Supercapacitors.Capacitors ni mojawapo ya teknolojia za kale za elektroniki.Zinatokana na usanidi rahisi ambao nyuso mbili za conductive (sahani, mitungi, shells za spherical, nk) zinatenganishwa kutoka kwa kila mmoja kwa umbali mdogo, na mbili. nyuso zina uwezo wa kudumisha malipo sawa na kinyume.Unapojaribu kupitisha sasa kupitia capacitor inachaji na unapozima sasa au kuunganisha sahani mbili capacitor hutoka.Capacitors ina aina mbalimbali za maombi, ikiwa ni pamoja na hifadhi ya nishati, a. mlipuko wa haraka wa nishati iliyotolewa, na umeme wa piezoelectric, ambapo mabadiliko katika shinikizo la kifaa hutoa ishara za umeme.
Bila shaka, kutengeneza sahani nyingi zilizotenganishwa na umbali mdogo sana kwa kiwango kidogo sana si changamoto tu lakini kimsingi ni mdogo.Maendeleo ya hivi majuzi katika nyenzo-hasa calcium copper titanate (CCTO)-yanaweza kuhifadhi kiasi kikubwa cha malipo katika nafasi ndogo: supercapacitors. Vifaa hivi vilivyo na aturized vinaweza kuchajiwa na kuruhusiwa mara nyingi kabla havijachakaa; malipo na kutokwa kwa kasi zaidi; na kuhifadhi mara 100 ya nishati kwa kila kitengo cha capacitor ya zamani. Wao ni teknolojia ya kubadilisha mchezo linapokuja suala la miniaturizing umeme.
4.) Super inductors.Kama wa mwisho kati ya "Tatu Kubwa," msimamizi ndiye mchezaji wa hivi punde zaidi kutoka hadi 2018. Kiindukta kimsingi ni koili iliyo na mkondo unaotumiwa na msingi unaoweza sumaku. Viingilizi hupinga mabadiliko katika sumaku zao za ndani. shamba, ambayo ina maana ukijaribu kuruhusu mkondo wa sasa upite ndani yake, inapinga kwa muda, kisha inaruhusu mkondo wa mtiririko kwa uhuru kupitia hiyo, na hatimaye kupinga mabadiliko tena unapozima sasa. Pamoja na resistors na capacitors, wao ni vipengele vitatu vya msingi vya mizunguko yote.Lakini tena, kuna kikomo kwa jinsi ndogo wanaweza kupata.
Shida ni kwamba thamani ya inductance inategemea eneo la uso wa inductor, ambayo ni muuaji wa ndoto kwa suala la miniaturization. chembe zinazobeba mkondo wenyewe huzuia mabadiliko katika mwendo wao. Kama vile mchwa kwenye mstari lazima "wazungumze" ili kubadilisha kasi yao, chembe hizi zinazobeba sasa, kama elektroni, zinahitaji kutumia nguvu juu ya kila mmoja ili kuongeza kasi. au kupunguza kasi.Upinzani huu wa kubadilika huleta hisia ya harakati.Chini ya uongozi wa Maabara ya Utafiti wa Nanoelectronics ya Kaustav Banerjee, kiindukta cha nishati ya kinetiki kinachotumia teknolojia ya graphene sasa kimetengenezwa: nyenzo ya juu zaidi ya msongamano wa inductance kuwahi kurekodiwa.
5.) Weka graphene katika kifaa chochote. Sasa hebu tuchukue hisa. Tuna graphene. Tuna matoleo "ya juu" ya vipinga, capacitors na inductors - miniaturized, imara, ya kuaminika na ya ufanisi. Kikwazo cha mwisho katika mapinduzi ya ultra-miniaturization katika umeme. , angalau kwa nadharia, ni uwezo wa kugeuza kifaa chochote (kilichoundwa kwa karibu nyenzo yoyote) kuwa kifaa cha kielektroniki.Ili kufanya hili liwezekane, tunachohitaji ni uwezo wa kupachika vifaa vya kielektroniki vinavyotokana na graphene kwenye aina yoyote ya nyenzo tunayotaka, ikiwa ni pamoja na nyenzo zinazonyumbulika.Ukweli kwamba graphene ina umajimaji mzuri, unyumbulifu, nguvu, na upitishaji, ingawa haina madhara kwa binadamu, huifanya kuwa bora kwa madhumuni haya.
Katika miaka michache iliyopita, vifaa vya graphene na graphene vimebuniwa kwa njia ambayo imefikiwa tu kupitia michakato michache ambayo yenyewe ni kali. Unaweza kuongeza oksidi ya grafiti ya zamani, kuifuta katika maji, na kutengeneza grafiti kwa mvuke wa kemikali. uwekaji.Hata hivyo, kuna sehemu ndogo tu ambazo graphene inaweza kuwekwa kwa njia hii.Unaweza kupunguza oksidi ya graphene kwa kemikali, lakini ukifanya hivyo, utaishia na graphene ya ubora duni.Unaweza pia kutoa graphene kwa exfoliation ya mitambo. , lakini hii haikuruhusu kudhibiti saizi au unene wa graphene unayozalisha.
Hapa ndipo maendeleo ya graphene iliyochongwa leza. Kuna njia mbili kuu za kufanikisha hili.Moja ni kuanza na oksidi ya graphene. Sawa na hapo awali: unachukua grafiti na kuifanya oksidi, lakini badala ya kuipunguza kwa kemikali, unaipunguza. na leza.Tofauti na oksidi ya graphene iliyopunguzwa kwa kemikali, ni bidhaa ya ubora wa juu inayoweza kutumika katika supercapacitors, saketi za kielektroniki, na kadi za kumbukumbu, miongoni mwa zingine.
Unaweza pia kutumia poliimidi, plastiki ya halijoto ya juu, na muundo wa graphene moja kwa moja ukitumia leza. Leza huvunja vifungo vya kemikali katika mtandao wa polyimide, na atomi za kaboni hujipanga upya kwa joto ili kuunda karatasi nyembamba, za ubora wa juu. Polyimide imeonyesha. tani ya programu zinazowezekana, kwa sababu ikiwa unaweza kuchonga mizunguko ya graphene juu yake, unaweza kimsingi kugeuza umbo lolote la polyimide kuwa vifaa vya kielektroniki vinavyoweza kuvaliwa. Haya, kwa kutaja machache, ni pamoja na:
Lakini labda ya kusisimua zaidi—kutokana na kuibuka, kuinuka, na kuenea kwa uvumbuzi mpya wa graphene iliyochongwa leza—iko kwenye upeo wa kile kinachowezekana kwa sasa. Ukiwa na graphene iliyochongwa leza, unaweza kuvuna na kuhifadhi nishati: kifaa cha kudhibiti nishati. .Mojawapo ya mifano mibaya zaidi ya teknolojia iliyoshindwa kuendelea ni betri. Leo, karibu tutumie kemia za seli kavu kuhifadhi nishati ya umeme, teknolojia ya karne nyingi. Mitindo ya vifaa vipya vya uhifadhi, kama vile betri za zinki-hewa na hali ngumu. capacitors electrochemical rahisi, imeundwa.
Kwa graphene iliyochongwa leza, tunaweza si tu kubadilisha njia ya kuhifadhi nishati, lakini pia tunaweza kuunda vifaa vinavyovaliwa vinavyobadilisha nishati ya mitambo kuwa umeme: triboelectric nanogenerators.Tunaweza kuunda photovoltaiki za kikaboni za ajabu ambazo zina uwezo wa kubadilisha nishati ya jua. inaweza pia kutengeneza seli zinazonyumbulika za nishati ya mimea; uwezekano ni mkubwa.Kwenye mipaka ya kukusanya na kuhifadhi nishati, mapinduzi yote ni ya muda mfupi.
Zaidi ya hayo, graphene iliyochongwa leza inapaswa kuanzisha enzi ya vitambuzi ambavyo havijawahi kushuhudiwa. Hii ni pamoja na vitambuzi vya kimwili, kwani mabadiliko ya kimwili (kama vile halijoto au matatizo) husababisha mabadiliko katika sifa za umeme kama vile upinzani na kizuizi (ambayo pia inajumuisha michango ya uwezo na inductance). ).Pia inajumuisha vifaa vinavyotambua mabadiliko katika sifa za gesi na unyevunyevu, na - inapotumika kwa mwili wa binadamu - mabadiliko ya kimwili katika ishara muhimu za mtu. Kwa mfano, wazo la trekta iliyoongozwa na Star Trek linaweza kupitwa na wakati kwa haraka. kuambatanisha tu kiraka cha ufuatiliaji wa ishara muhimu ambacho hutuarifu papo hapo kuhusu mabadiliko yoyote ya kutisha katika miili yetu.
Mtazamo huu wa kufikiri unaweza pia kufungua uwanja mpya kabisa: sensa za kibayolojia kulingana na teknolojia ya graphene iliyochongwa leza. Koo bandia linalotegemea graphene iliyochongwa leza inaweza kusaidia kufuatilia mitetemo ya koo, kutambua tofauti za ishara kati ya kukohoa, kupiga kelele, kupiga mayowe, kumeza na kutikisa kichwa. movements. Graphene iliyochongwa kwa laser pia inaweza kuwa na uwezo mkubwa ikiwa ungependa kuunda kipokezi bandia ambacho kinaweza kulenga molekuli mahususi, kubuni vinyambuzi mbalimbali vinavyoweza kuvaliwa, au hata kusaidia kuwezesha programu mbalimbali za telemedicine.
Haikuwa hadi 2004 ambapo mbinu ya kutengeneza karatasi za graphene, angalau kwa makusudi, ilitengenezwa kwa mara ya kwanza.Katika miaka 17 tangu, mfululizo wa maendeleo sambamba hatimaye umeleta mbele uwezekano wa kuleta mapinduzi katika njia ambayo binadamu huingiliana na vifaa vya elektroniki. Ikilinganishwa na mbinu zote zilizopo za kutengeneza na kutengeneza vifaa vinavyotegemea graphene, graphene iliyochongwa leza huwezesha mifumo ya grafiti rahisi, inayozalishwa kwa wingi, ya ubora wa juu na ya bei nafuu katika matumizi mbalimbali ikijumuisha mabadiliko ya kielektroniki ya ngozi.
Katika siku za usoni, ni jambo la busara kutarajia maendeleo katika sekta ya nishati, ikiwa ni pamoja na udhibiti wa nishati, uvunaji wa nishati na uhifadhi wa nishati. Pia katika muda mfupi ujao kuna maendeleo katika vitambuzi, ikiwa ni pamoja na vitambuzi vya kimwili, vitambuzi vya gesi, na hata vihisi. mapinduzi yana uwezekano wa kuja kutoka kwa vifaa vya kuvaliwa, ikiwa ni pamoja na vifaa vya maombi ya uchunguzi wa telemedicine. Kwa hakika, changamoto na vikwazo vingi vinasalia.Lakini vikwazo hivi vinahitaji uboreshaji wa ziada badala ya uboreshaji wa kimapinduzi. Wakati vifaa vilivyounganishwa na Mtandao wa Mambo unavyoendelea kukua, haja ya Elektroniki ndogo zaidi ni kubwa kuliko hapo awali.Kwa maendeleo ya hivi punde katika teknolojia ya graphene, siku zijazo tayari ziko hapa kwa njia nyingi.