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Quasi tuttu ciò chì scontru in u mondu mudernu si basa in l'elettronica in una certa misura. Dapoi chì avemu scupertu prima cumu utilizà l'electricità per generà u travagliu meccanicu, avemu creatu apparecchi grandi è chjuchi per migliurà tecnicamente a nostra vita. Da lumi elettrici à smartphones, ogni dispusitivu. sviluppemu hè custituitu da solu uni pochi di cumpunenti simplici cuciti inseme in diverse cunfigurazioni. In fattu, per più di un seculu, avemu affidatu à:
A nostra rivoluzione di l'elettronica muderna s'appoghja nantu à sti quattru tippi di cumpunenti, più - più tardi - transistors, per purtà quasi tuttu ciò chì usemu oghje. menu putenza, è culligamentu i nostri dispusitivi à l 'àutri, avemu subitu à traversu issi limits.Technology.Classic.Ma, in u principiu di l'anni 2000, cinque avanzamenti tutti ghjuntu inseme, è si sò cuminciatu à trasfurmà u nostru mondu mudernu.Eccu cumu tuttu andò.
1.) Sviluppu di graphene.Of tutti i materiali truvati in a natura o creati in u labburatoriu, u diamante ùn hè più u materiale più duru. Ci sò sei più duru, u più duru hè u graphene. chjusu inseme in un mudellu di cristallo esagonale, hè statu isolatu accidentalmente in u labburatoriu. Solu sei anni dopu à questu avanzu, i so scupertori Andrei Heim è Kostya Novoselov anu premiatu u Premiu Nobel in Fisica. Stress fisicu, chimicu è termale, ma in realtà hè un reticulatu perfettu di atomi.
U grafene hà ancu proprietà conduttive fascinante, vale à dì chì se i dispositi elettronichi, cumpresi i transistori, puderanu esse fatti da graphene invece di siliciu, puderanu esse più chjuchi è più veloci di tuttu ciò chì avemu oghje. Se u grafene hè mischju in plastica, pò esse trasfurmatu un materiale resistente à u calore, più forte chì cunduce ancu l'electricità. In più, u grafene hè circa 98% trasparente à a luce, chì significa chì hè rivoluzionariu per i touchscreens trasparenti, i pannelli chì emettenu luce è ancu i celi solari. Cumu a Fundazione Nobel hà dettu 11 anni fà, "forse simu à l'orlu di una altra miniaturizazione di l'elettronica chì portarà à l'urdinatori chì diventerà più efficaci in u futuru".
2.) Resistori di superficia. Questa hè a tecnulugia "nova" più antica è hè prubabilmente familiarizata da qualcunu chì hà disseccatu un urdinatore o un telefuninu. Un resistore di superficia di muntagna hè un oggettu rettangulare minuscule, generalmente fattu di ceramica, cù bordi conduttivi nantu à i dui. ends.U sviluppu di a ceramica, chì resistenu à u flussu di corrente senza dissipating assai putere o calore, hà permessu di creà resistori chì sò superiori à i resistori tradiziunali più antichi utilizati prima: resistori di piombu assiali.
Queste proprietà facenu ideali per l'usu in l'elettronica muderna, in particulare i dispositi mobili è di bassa putenza. Se avete bisognu di una resistenza, pudete aduprà unu di questi SMD (dispositivi di superficia) per riduce a dimensione chì avete bisognu per i resistori, o per aumentà. u putere chì pudete applicà à elli in u listessu limitazione di dimensione.
3.) Supercapacitors.Capacitors sò unu di i più antichi tecnulugii ilittronica.They sò basati nant'à un setup sèmplice in u quali dui superfici conductive (plate, cilindri, cunchiglia sferica, etc.) sò siparati da l 'àutri da una piccula distanza, è i dui. superficia sò capaci di mantene ugguali è opposti charges.When vo pruvate à passà currente attraversu u capacitor si carica è quandu vi spegne u currenti o cunnette i dui platti i discharges capacitor.Condensatori hannu una larga gamma di appiicazioni, cumpresi u almacenamentu di energia, un splutazioni rapida di l'energia liberata, è l'elettronica piezoelettrica, induve i cambiamenti in a pressione di u dispusitivu generanu segnali elettrici.
Di sicuru, fà parechji platti siparati da distanzi chjuchi nantu à una scala assai, assai chjuca ùn hè micca solu sfida, ma fundamentalmente limitata. Avanzate recenti in i materiali - in particulare titanate di cobre di calciu (CCTO) - ponu almacenà grandi quantità di carica in spazii chjuchi: supercapacitors. Sti dispusitivi miniaturizzati ponu esse caricati è scaricati parechje volte prima di sguassate; carica è scaricate più veloce; è almacenà 100 volte l'energia per unità di volumi di capacitors.They più vechji sò una tecnulugia di ghjocu chì cambia quandu si tratta di miniaturizazione di l'elettronica.
4.) Super inductors. As l'ultimu di i "Big Three", u superinductor hè l'ultimu attore chì esce finu à 2018.An inductor hè basicamente una bobina cù un currente utilizatu cù un core magnetizable. campu, chì significa chì s'è vo pruvate à lascià u currenti flussu attraversu lu, resiste per un tempu, poi permette a corrente di scorri liberamente à traversu, è infine resiste à i cambiamenti di novu quandu turnate u currente off.Along with resistors and capacitors, sò i trè elementi basi di tutti i circuits.Ma di novu, ci hè un limitu à quantu chjuchi ponu esse.
U prublema hè chì u valore di l'induttanza dipende da a superficia di l'inductance, chì hè un assassinu di sognu in quantu à a miniaturizazione. i particeddi chì portanu currenti stessi impediscenu cambiamenti in u so muvimentu. Cum'è e formiche in una linea deve "parlà" l'una cù l'altru per cambià a so vitezza, queste particelle chì portanu corrente, cum'è l'elettroni, anu bisognu di esercite una forza l'una nantu à l'altru per accelerà. o rallentà. Sta resistenza à u cambiamentu crea un sensu di muvimentu. Sottu a dirigenza di u Laboratoriu di Ricerca in Nanoelettronica di Kaustav Banerjee, hè statu sviluppatu un induttore d'energia cinetica chì usa a tecnulugia di grafene : u materiale di densità di induttanza più altu mai registratu.
5.) Mettite u grafene in ogni dispositivu. Ora facemu un bilanciu. Avemu u grafene. Avemu versioni "super" di resistori, condensatori è induttori - miniaturizzati, robusti, affidabili è efficaci. L'ostaculu finali in a rivoluzione ultra-miniaturizazione in l'elettronica , almenu in teoria, hè a capacità di trasfurmà ogni dispusitivu (fattu di quasi ogni materiale) in un dispositivu elettronicu. Per fà questu pussibule, tuttu ciò chì avemu bisognu hè a capacità di incrustà l'elettronica basata in graphene in ogni tipu di materiale chì vulemu, cumpresi materiali flexibule. U fattu chì u graphene hà una bona fluidità, flessibilità, forza è cunductività, mentre esse innocu à l'omu, a rende ideale per questu scopu.
In l'ultimi anni, i dispositi di graphene è graphene sò stati fabbricati in una manera chì hè stata ottenuta solu per mezu di una manciata di prucessi chì sò elli stessi abbastanza rigurosu. Pudete ossidà u grafite vechju pianu, dissolve in l'acqua, è fà graphene da vapore chimicu. deposition.However, ci sò solu uni pochi sustrati nantu à quale u grafene pò esse dipositu in questu modu.Pudete riduce chimicamente l'ossidu di graphene, ma s'ellu fate, vi finiscinu cù graphene di mala qualità.Pudete ancu pruduce graphene per esfoliazione meccanica. , ma questu ùn vi permette micca di cuntrullà a dimensione o u grossu di u grafene chì pruduce.
Questu hè induve l'avanzati in u grafene incisu à laser sò entrati. Ci hè dui modi principali per ottene questu. Unu hè di principià cù l'ossidu di grafene. U stessu cum'è prima: pigliate u grafitu è ​​l'ossidate, ma invece di riduzzione chimicamente, u riduce. cù un laser.A cuntrariu di l'ossidu di grafene ridottu chimicamente, hè un pruduttu d'alta qualità chì pò esse usatu in supercapacitors, circuiti elettronichi è carte di memoria, frà altri.
Tù dinù ponu aduprà polyimide, un plastica high-temperature, è mudellu graphene direttamente cù un laser.The laser rompe ligami chimichi in a reta di polyimide, è l'atomi di carbone riorganizà termicamente per furmà fogli di graphene magre è di alta qualità. Polyimide hà dimustratu. una tonna di applicazioni putenziali, perchè se pudete incisione i circuiti di grafene nantu à questu, pudete basuamente trasfurmà ogni forma di poliimide in l'elettronica portabile.
Ma forse u più eccitante - datu l'emergenza, l'ascesa è l'ubiquità di novi scuperte di grafene incisu à laser - hè in l'orizzonte di ciò chì hè attualmente pussibule. Cù u grafene incisu à laser, pudete coglie è almacenà energia: un dispositivu di cuntrollu di energia. .Unu di l'esempii più egregious di tecnulugia chì falla à avanzà hè batterie.Oghje, avemu quasi aduprà chimichi di cellula secca per almacenà l'energia elettrica, una tecnulugia di seculi.Prototypes di novi dispusitivi di almacenamento, cum'è batterie di zincu-aria è solid-state. capacitors electrochemical flexible, sò stati creati.
Cù u grafene incisu à laser, ùn solu pudemu rivoluzionari a manera di almacenà l'energia, ma pudemu ancu creà dispositivi wearable chì cunverte l'energia meccanica in l'electricità: nanogeneratori triboelettrichi. puderia ancu fà cellule di biofuel flexible; i pussibulità sò enormi. Nantu à e fruntiere di cullizzioni è d'almacenamiento d'energia, e rivoluzioni sò tutte in u cortu termini.
Inoltre, u grafene incisu cù laser duverebbe inaugurà una era di sensori senza precedente. Questu include sensori fisichi, cum'è cambiamenti fisichi (cum'è a temperatura o a tensione) causanu cambiamenti in e proprietà elettriche cum'è a resistenza è l'impedenza (chì includenu ancu i cuntributi di capacità è induttanza). ).Include ancu i dispositi chì rilevanu cambiamenti in i pruprietà di u gasu è l'umidità, è - quandu sò appiicati à u corpu umanu - cambiamenti fisichi in i segni vitali di qualcunu. simpricimenti attaccà un patch di monitoraghju di i segni vitali chì ci avvisa istantaneamente di qualsiasi cambiamenti preoccupanti in i nostri corpi.
Questa linea di pensamentu puderia ancu apre un campu sanu novu: biosensori basati nantu à a tecnulugia di grafene incisu à laser. Una gola artificiale basata in graphene incisu à laser puderia aiutà à monitorà e vibrazioni di a gola, identificendu e differenze di signale trà tosse, ronzii, gridamenti, deglutizione è annunzii. Movimenti.Grafenu incisu cù u laser hà ancu un grande putenziale se vulete creà un bioreceptor artificiale chì pò mira à molécule specifiche, cuncepisce diversi biosensori wearable, o ancu aiutà à attivà diverse applicazioni di telemedicina.
Ùn hè micca finu à u 2004 chì un metudu di pruduzzione di fogli di grafene, almenu intenzionalmente, hè statu sviluppatu per a prima volta. In i 17 anni dopu, una seria di avanzamenti paralleli hà finalmente purtatu in prima linea a pussibilità di rivoluzionari a manera chì l'omu interagisce cù l'elettronica. Paragunatu à tutti i metudi esistenti di pruduzzione è fabricazione di dispusitivi basati in grafene, u grafene incisu à laser permette mudelli di grafene simplici, produttibili in massa, d'alta qualità è di prezzu in una varietà di applicazioni, cumprese u cambiamentu di l'elettronica di a pelle.
In un futuru vicinu, hè ragiunate per aspittà l'avanzamenti in u settore di l'energia, cumpresu u cuntrollu di l'energia, a cugliera di l'energia è l'almacenamiento di l'energia. In u prossimu terminu sò ancu avanzati in sensori, cumpresi sensori fisici, sensori di gas, è ancu biosensori. A rivoluzione hè prubabile di vene da i wearables, cumprese i dispositi per l'applicazioni di telemedicina di diagnostica. Per esse sicuru, ci sò parechje sfide è ostaculi. l'elettronica ultra-piccola hè più grande ch'è mai. Cù l'ultimi avanzi in a tecnulugia di graphene, u futuru hè digià quì in parechji manere.