Notícies

Gairebé tot el que ens trobem al món modern depèn de l'electrònica fins a cert punt. Des que vam descobrir com utilitzar l'electricitat per generar treball mecànic, hem creat dispositius grans i petits per millorar tècnicament les nostres vides. Des de llums elèctriques fins a telèfons intel·ligents, tots els dispositius. Desenvolupem consta només d'uns quants components senzills units en diverses configuracions. De fet, durant més d'un segle, ens hem basat en:
La nostra revolució de l'electrònica moderna es basa en aquests quatre tipus de components, a més, més tard, dels transistors, per oferir-nos gairebé tot el que fem servir avui dia. A mesura que correm per miniaturizar dispositius electrònics, controlar cada cop més aspectes de la nostra vida i la nostra realitat, transmetem més dades amb menys energia i connectem els nostres dispositius entre si, ràpidament ens trobem amb aquests límits clàssics. Tecnologia. Però, a principis dels anys 2000, es van reunir cinc avenços i han començat a transformar el nostre món modern. Així és com va anar tot.
1.) Desenvolupament del grafè. De tots els materials que es troben a la natura o creats al laboratori, el diamant ja no és el material més dur. N'hi ha sis més durs, el més dur és el grafè. El 2004, el grafè, una làmina de carboni gruixuda com un àtom tancats junts en un patró de cristall hexagonal, va ser aïllat accidentalment al laboratori. Només sis anys després d'aquest avenç, els seus descobridors Andrei Heim i Kostya Novoselov van rebre el Premi Nobel de Física. No només és el material més dur que s'ha fet mai, increïblement resistent a estrès físic, químic i tèrmic, però en realitat és una xarxa perfecta d'àtoms.
El grafè també té propietats conductores fascinants, el que significa que si els dispositius electrònics, inclosos els transistors, es poguessin fer de grafè en comptes de silici, podrien ser més petits i ràpids que qualsevol cosa que tenim actualment. Si el grafè es barreja amb plàstic, es pot convertir en un material més resistent i resistent a la calor que també condueix l'electricitat. A més, el grafè és aproximadament un 98% transparent a la llum, la qual cosa significa que és revolucionari per a pantalles tàctils transparents, panells que emeten llum i fins i tot cèl·lules solars. Tal com va dir la Fundació Nobel fa 11 anys Fa, "potser estem a punt d'una altra miniaturització de l'electrònica que farà que els ordinadors siguin més eficients en el futur".
2.) Resistències de muntatge superficial. Aquesta és la tecnologia "nova" més antiga i probablement sigui familiar per a qualsevol que hagi disseccionat un ordinador o un telèfon mòbil. Una resistència de muntatge superficial és un petit objecte rectangular, generalment fet de ceràmica, amb vores conductores en ambdós. El desenvolupament de la ceràmica, que resisteix el flux de corrent sense dissipar molta potència ni calor, ha permès crear resistències que són superiors a les resistències tradicionals més antigues utilitzades abans: resistències de plom axial.
Aquestes propietats el fan ideal per utilitzar-lo en electrònica moderna, especialment en dispositius mòbils i de baixa potència. Si necessiteu una resistència, podeu utilitzar un d'aquests SMD (dispositius de muntatge en superfície) per reduir la mida que necessiteu per a les resistències o per augmentar-la. el poder que podeu aplicar-hi dins de les mateixes limitacions de mida.
3.) Supercondensadors. Els condensadors són una de les tecnologies electròniques més antigues. Es basen en una configuració senzilla en la qual dues superfícies conductores (plaques, cilindres, carcassa esfèrica, etc.) estan separades entre si per una petita distància, i les dues superfícies Les superfícies són capaços de mantenir càrregues iguals i oposades. Quan intenteu fer passar corrent pel condensador, aquest es carrega i quan apagau el corrent o connecteu les dues plaques el condensador es descarrega. Els condensadors tenen una àmplia gamma d'aplicacions, inclòs l'emmagatzematge d'energia, un esclat ràpid d'energia alliberada i electrònica piezoelèctrica, on els canvis en la pressió del dispositiu generen senyals elèctrics.
Per descomptat, fer múltiples plaques separades per distàncies minúscules a una escala molt, molt petita no només és un repte, sinó fonamentalment limitat. Els avenços recents en materials —especialment el titanat de coure calci (CCTO)— poden emmagatzemar grans quantitats de càrrega en espais reduïts: els supercondensadors. Aquests dispositius miniaturitzats es poden carregar i descarregar diverses vegades abans que es desgastin;carrega i descàrrega més ràpid;i emmagatzemen 100 vegades l'energia per unitat de volum dels condensadors més antics. Són una tecnologia que canvia el joc quan es tracta de miniaturitzar l'electrònica.
4.) Superinductors. Com l'últim dels "Tres Grans", el superinductor és l'últim jugador a sortir fins al 2018. Un inductor és bàsicament una bobina amb un corrent que s'utilitza amb un nucli magnetitzable. Els inductors s'oposen als canvis en el seu magnètic intern. camp, el que significa que si intenteu deixar que el corrent flueixi a través d'ell, resisteix durant un temps, després permet que el corrent circuli lliurement a través d'ell i, finalment, resisteix als canvis de nou quan apagueu el corrent. Juntament amb resistències i condensadors, són el tres elements bàsics de tots els circuits. Però, de nou, hi ha un límit en el que poden arribar a ser petits.
El problema és que el valor de la inductància depèn de la superfície de l'inductor, que és un assassí de somnis en termes de miniaturització. Però a més de la inductància magnètica clàssica, també hi ha el concepte d'inductància d'energia cinètica: la inèrcia de les mateixes partícules que transporten corrent impedeixen els canvis en el seu moviment. De la mateixa manera que les formigues en una línia han de "parlar" entre elles per canviar la seva velocitat, aquestes partícules que transporten corrent, com els electrons, han d'exercir una força entre elles per accelerar. Sota el lideratge del Laboratori d'Investigació de Nanoelectrònica de Kaustav Banerjee, ara s'ha desenvolupat un inductor d'energia cinètica que utilitza la tecnologia del grafè: el material de densitat d'inductància més alta mai registrat.
5.) Poseu grafè a qualsevol dispositiu. Ara fem balanç. Tenim grafè. Tenim versions "super" de resistències, condensadors i inductors: miniaturitzats, robusts, fiables i eficients. L'últim obstacle en la revolució de la ultraminiaturització en electrònica , almenys en teoria, és la capacitat de convertir qualsevol dispositiu (fet de gairebé qualsevol material) en un dispositiu electrònic. Per fer-ho possible, tot el que necessitem és la capacitat d'incorporar electrònica basada en grafè en qualsevol tipus de material que vulguem, incloent materials flexibles. El fet que el grafè tingui una bona fluïdesa, flexibilitat, resistència i conductivitat, tot i que és inofensiu per als humans, el fa ideal per a aquest propòsit.
En els últims anys, els dispositius de grafè i grafè s'han fabricat d'una manera que només s'ha aconseguit mitjançant un grapat de processos que són bastant rigorosos. Podeu oxidar el grafit vell, dissoldre'l en aigua i fer grafè mitjançant vapor químic. deposició. No obstant això, només hi ha uns quants substrats sobre els quals el grafè es pot dipositar d'aquesta manera. Podeu reduir químicament l'òxid de grafè, però si ho feu, acabareu amb grafè de mala qualitat. També podeu produir grafè per exfoliació mecànica. , però això no et permet controlar la mida o el gruix del grafè que produeixes.
Aquí és on entren els avenços en el grafè gravat amb làser. Hi ha dues maneres principals d'aconseguir-ho. Una és començar amb òxid de grafè. Igual que abans: agafes grafit i l'oxides, però en comptes de reduir-lo químicament, el redueixes. amb làser. A diferència de l'òxid de grafè reduït químicament, és un producte d'alta qualitat que es pot utilitzar en supercondensadors, circuits electrònics i targetes de memòria, entre d'altres.
També podeu utilitzar poliimida, un plàstic d'alta temperatura i grafè de patró directament amb un làser. El làser trenca els enllaços químics a la xarxa de poliimida i els àtoms de carboni es reorganitzen tèrmicament per formar làmines de grafè primes i d'alta qualitat. La poliimida ha demostrat un munt d'aplicacions potencials, perquè si hi podeu gravar circuits de grafè, bàsicament podeu convertir qualsevol forma de poliimida en electrònica portàtil. Aquestes, per citar-ne algunes, inclouen:
Però potser el més emocionant, tenint en compte l'aparició, l'auge i la ubiqüitat de nous descobriments de grafè gravat amb làser, està a l'horitzó del que és possible actualment. Amb el grafè gravat amb làser, podeu collir i emmagatzemar energia: un dispositiu de control d'energia. .Un dels exemples més flagrants de la tecnologia que no avança són les bateries. Avui en dia, gairebé utilitzem química de cèl·lules seques per emmagatzemar energia elèctrica, una tecnologia centenària. Prototips de nous dispositius d'emmagatzematge, com ara bateries de zinc-aire i d'estat sòlid. s'han creat condensadors electroquímics flexibles.
Amb el grafè gravat amb làser, no només podem revolucionar la manera d'emmagatzemar l'energia, sinó que també podem crear dispositius portàtils que converteixen l'energia mecànica en electricitat: nanogeneradors triboelèctrics. Podem crear fotovoltaics orgànics notables que tenen el potencial de revolucionar l'energia solar. també podria fer cèl·lules de biocombustible flexibles;les possibilitats són enormes. A les fronteres de la recollida i l'emmagatzematge d'energia, totes les revolucions són a curt termini.
A més, el grafè gravat amb làser hauria d'iniciar una era de sensors sense precedents. Això inclou sensors físics, ja que els canvis físics (com la temperatura o la tensió) provoquen canvis en les propietats elèctriques com la resistència i la impedància (que també inclouen les contribucions de la capacitat i la inductància). ). També inclou dispositius que detecten canvis en les propietats dels gasos i la humitat i, quan s'aplica al cos humà, els canvis físics en els signes vitals d'algú. Per exemple, la idea d'un tricorder inspirat en Star Trek podria quedar obsoleta ràpidament si simplement adjuntant un pegat de control de signes vitals que ens avisa instantàniament de qualsevol canvi preocupant en el nostre cos.
Aquesta línia de pensament també podria obrir un camp completament nou: biosensors basats en tecnologia de grafè gravat amb làser. Una gola artificial basada en grafè gravat amb làser podria ajudar a controlar les vibracions de la gola, identificant les diferències de senyal entre tos, brunzit, crit, empassament i assentament. moviments. El grafè gravat amb làser també té un gran potencial si voleu crear un bioreceptor artificial que pugui orientar molècules específiques, dissenyar diversos biosensors portàtils o fins i tot ajudar a habilitar diverses aplicacions de telemedicina.
No va ser fins l'any 2004 que es va desenvolupar per primera vegada un mètode de producció de làmines de grafè, almenys intencionadament. En els 17 anys posteriors, una sèrie d'avenços paral·lels han posat finalment a l'avantguarda la possibilitat de revolucionar la manera com els humans interactuen amb l'electrònica. En comparació amb tots els mètodes existents de producció i fabricació de dispositius basats en grafè, el grafè gravat amb làser permet patrons de grafè senzills, de producció en massa, d'alta qualitat i econòmics en una varietat d'aplicacions, com ara el canvi d'electrònica de la pell.
En un futur proper, és raonable esperar avenços en el sector energètic, com ara el control de l'energia, la recollida d'energia i l'emmagatzematge d'energia. També a curt termini hi ha avenços en sensors, inclosos sensors físics, sensors de gas i fins i tot biosensors. El més gran. És probable que la revolució vingui dels wearables, inclosos els dispositius per a aplicacions de telemedicina de diagnòstic. Per descomptat, queden molts reptes i obstacles. Però aquests obstacles requereixen millores incrementals més que revolucionàries. A mesura que els dispositius connectats i l'Internet de les coses continuen creixent, la necessitat de l'electrònica ultra petita és més gran que mai. Amb els darrers avenços en tecnologia del grafè, el futur ja és aquí de moltes maneres.