noticias

Case todo o que atopamos no mundo moderno depende en certa medida da electrónica. Desde que descubrimos como usar a electricidade para xerar traballo mecánico, creamos dispositivos grandes e pequenos para mellorar tecnicamente as nosas vidas. Desde luces eléctricas ata teléfonos intelixentes, todos os dispositivos. que desenvolvemos consta de só algúns compoñentes simples cosidos en varias configuracións. De feito, durante máis dun século, confiamos en:
A nosa revolución electrónica moderna depende destes catro tipos de compoñentes, ademais dos transistores, máis tarde, para achegarnos case todo o que usamos hoxe. A medida que corremos para miniaturizar dispositivos electrónicos, supervisar cada vez máis aspectos das nosas vidas e da realidade, transmitir máis datos con menos enerxía e conectar os nosos dispositivos entre si, axiña atopamos estes límites clásicos. Tecnoloxía. Pero, a principios da década de 2000, cinco avances xuntáronse e comezaron a transformar o noso mundo moderno. Así foi todo.
1.) Desenvolvemento do grafeno. De todos os materiais atopados na natureza ou creados no laboratorio, o diamante xa non é o material máis duro. Hai seis máis duros, sendo o máis duro o grafeno. En 2004, o grafeno, unha folla de carbono de espesor átomo. encerrados xuntos nun patrón de cristal hexagonal, foi illado accidentalmente no laboratorio. Só seis anos despois deste avance, os seus descubridores Andrei Heim e Kostya Novoselov recibiron o Premio Nobel de Física. Non só é o material máis duro xamais feito, é incriblemente resistente ao estrés físico, químico e térmico, pero en realidade é unha perfecta rede de átomos.
O grafeno tamén ten propiedades condutoras fascinantes, o que significa que se os dispositivos electrónicos, incluídos os transistores, puidesen estar feitos de grafeno en lugar de silicio, poderían ser máis pequenos e rápidos que calquera cousa que temos na actualidade. Se o grafeno se mestura con plástico, pódese converter en plástico. un material resistente á calor e máis forte que tamén conduce a electricidade. Ademais, o grafeno é un 98 % transparente á luz, o que significa que é revolucionario para pantallas táctiles transparentes, paneis emisores de luz e incluso células solares. Como dixo a Fundación Nobel hai 11 anos. Fai, "quizais esteamos ao bordo dunha nova miniaturización da electrónica que levará a que os ordenadores sexan máis eficientes no futuro".
2.) Resistencias de montaxe en superficie. Esta é a tecnoloxía "nova" máis antiga e probablemente sexa familiar para calquera que teña disecado unha computadora ou un teléfono móbil. Unha resistencia de montaxe en superficie é un pequeno obxecto rectangular, xeralmente feito de cerámica, con bordos condutores en ambos. remates.O desenvolvemento da cerámica, que resiste o fluxo de corrente sen disipar moita potencia nin calor, permitiu crear resistencias superiores ás antigas resistencias tradicionais usadas antes: as resistencias axiais.
Estas propiedades fan que sexa ideal para o seu uso na electrónica moderna, especialmente en dispositivos móbiles e de baixa potencia. Se precisa unha resistencia, pode utilizar un destes SMD (dispositivos de montaxe en superficie) para reducir o tamaño que necesita para as resistencias ou para aumentar o poder que lles pode aplicar dentro das mesmas restricións de tamaño.
3.) Supercondensadores.Os condensadores son unha das tecnoloxías electrónicas máis antigas.Baséanse nunha configuración sinxela na que dúas superficies condutoras (placas, cilindros, envolturas esféricas, etc.) están separadas entre si por unha pequena distancia, e as dúas as superficies son capaces de manter cargas iguais e opostas.Cando tentas facer pasar corrente a través do capacitor cárgase e cando desconectas a corrente ou conectas as dúas placas o capacitor descárgase.Os condensadores teñen unha ampla gama de aplicacións, incluíndo o almacenamento de enerxía, un explosión rápida de enerxía liberada, e electrónica piezoeléctrica, onde os cambios na presión do dispositivo xeran sinais eléctricos.
Por suposto, facer varias placas separadas por pequenas distancias a unha escala moi, moi pequena non só é un reto, senón que é fundamentalmente limitado. Os recentes avances nos materiais, especialmente o titanato de cobre cálcico (CCTO), poden almacenar grandes cantidades de carga en espazos pequenos: supercondensadores. Estes dispositivos miniaturizados pódense cargar e descargar varias veces antes de que se esgoten; carga e descarga máis rápido; e almacenan 100 veces a enerxía por unidade de volume dos capacitores máis antigos. Son unha tecnoloxía que cambia o xogo cando se trata de miniaturizar a electrónica.
4.) Superindutores. Como o último dos "Tres Grandes", o superindutor é o último xogador en saír ata 2018. Un indutor é basicamente unha bobina cunha corrente que se usa cun núcleo magnetizable. Os indutores opoñen os cambios no seu magnetismo interno. campo, o que significa que se tentas deixar fluír a corrente a través del, resiste durante un tempo, despois permite que a corrente circule libremente a través del e, finalmente, resiste os cambios de novo cando apagas a corrente. Xunto coas resistencias e os capacitores, son os tres elementos básicos de todos os circuítos. Pero de novo, hai un límite para o pequeno que poden quedar.
O problema é que o valor da inductancia depende da superficie do indutor, que é un asasinato de soños en termos de miniaturización. Pero ademais da clásica inductancia magnética, tamén existe o concepto de inductancia de enerxía cinética: a inercia de as propias partículas que transportan corrente evitan cambios no seu movemento. Do mesmo xeito que as formigas nunha liña deben "falar" entre elas para cambiar a súa velocidade, estas partículas que transportan corrente, como os electróns, necesitan exercer unha forza sobre as outras para acelerar. ou ralentizar.Esta resistencia ao cambio crea unha sensación de movemento.Baixo o liderado do Laboratorio de Investigación de Nanoelectrónica de Kaustav Banerjee, agora desenvolveuse un indutor de enerxía cinética que utiliza tecnoloxía de grafeno: o material de densidade de inductancia máis alta xamais rexistrado.
5.) Pon grafeno en calquera dispositivo. Agora imos facer un balance. Temos grafeno. Temos versións "super" de resistencias, capacitores e indutores: miniaturizados, robustos, fiables e eficientes. O último obstáculo na revolución da ultraminiaturización en electrónica , polo menos en teoría, é a capacidade de converter calquera dispositivo (feito de case calquera material) nun dispositivo electrónico. Para facelo posible, o único que necesitamos é a capacidade de incorporar a electrónica baseada en grafeno en calquera tipo de material que queiramos. incluíndo materiais flexibles. O feito de que o grafeno teña unha boa fluidez, flexibilidade, resistencia e condutividade, aínda que é inofensivo para os humanos, faino ideal para este fin.
Nos últimos anos, os dispositivos de grafeno e grafeno fabricáronse dun xeito que só se conseguiu mediante un puñado de procesos que son por si mesmos bastante rigorosos. Pode oxidar grafito vello, disolvelo en auga e fabricar grafeno mediante vapor químico. deposición. Non obstante, só hai uns poucos substratos nos que se pode depositar o grafeno deste xeito. Podes reducir quimicamente o óxido de grafeno, pero se o fas, acabarás cun grafeno de mala calidade. Tamén podes producir grafeno por exfoliación mecánica. , pero isto non che permite controlar o tamaño ou o grosor do grafeno que produces.
Aquí é onde entran os avances no grafeno gravado con láser. Hai dúas formas principais de conseguilo. Unha é comezar co óxido de grafeno. O mesmo que antes: cóllese grafito e oxídeo, pero en vez de reducilo químicamente, redúcese. cun láser.A diferenza do óxido de grafeno reducido quimicamente, é un produto de alta calidade que se pode utilizar en supercondensadores, circuítos electrónicos e tarxetas de memoria, entre outros.
Tamén pode usar poliimida, un plástico de alta temperatura e grafeno de patrón directamente cun láser. O láser rompe enlaces químicos na rede de poliimida e os átomos de carbono reorganizan térmicamente para formar láminas finas de grafeno de alta calidade. A poliimida demostrou un montón de aplicacións potenciais, porque se pode gravar circuítos de grafeno nel, basicamente pode converter calquera forma de poliimida en produtos electrónicos para vestir. Estes, por citar algúns, inclúen:
Pero quizais o máis emocionante -dada a aparición, aumento e ubicuidade dos novos descubrimentos do grafeno gravado con láser- está no horizonte do que é posible actualmente. Co grafeno gravado con láser, podes coller e almacenar enerxía: un dispositivo de control de enerxía. .Un dos exemplos máis flagrantes de que a tecnoloxía non avanza son as baterías. Hoxe case usamos químicas de células secas para almacenar enerxía eléctrica, unha tecnoloxía centenaria. Prototipos de novos dispositivos de almacenamento, como baterías de zinc-aire e de estado sólido. creáronse condensadores electroquímicos flexibles.
Co grafeno gravado con láser, non só podemos revolucionar a forma en que almacenamos enerxía, senón que tamén podemos crear dispositivos portátiles que converten a enerxía mecánica en electricidade: nanoxeradores triboeléctricos. Podemos crear sistemas fotovoltaicos orgánicos notables que teñan o potencial de revolucionar a enerxía solar. tamén podería facer pilas de biocombustible flexibles; as posibilidades son enormes.Nas fronteiras de recoller e almacenar enerxía, as revolucións son todas a curto prazo.
Ademais, o grafeno gravado con láser debería marcar o inicio dunha era de sensores sen precedentes. Isto inclúe sensores físicos, xa que os cambios físicos (como a temperatura ou a tensión) provocan cambios nas propiedades eléctricas como a resistencia e a impedancia (que tamén inclúen as contribucións da capacitancia e a inductancia). ). Tamén inclúe dispositivos que detectan cambios nas propiedades dos gases e na humidade e, cando se aplican ao corpo humano, os cambios físicos nos signos vitais de alguén. Por exemplo, a idea dun tricorder inspirado en Star Trek podería quedar obsoleta rapidamente por simplemente achegando un parche de seguimento de signos vitais que nos alerta ao instante de calquera cambio preocupante nos nosos corpos.
Esta liña de pensamento tamén podería abrir un campo totalmente novo: os biosensores baseados na tecnoloxía de grafeno gravado con láser. Unha gorxa artificial baseada en grafeno gravado con láser podería axudar a controlar as vibracións da gorxa, identificando as diferenzas de sinais entre toser, zumbidos, berros, tragar e asentir. movementos. O grafeno gravado con láser tamén ten un gran potencial se quere crear un biorreceptor artificial que poida dirixirse a moléculas específicas, deseñar varios biosensores portátiles ou mesmo axudar a habilitar varias aplicacións de telemedicina.
Non foi ata 2004 cando se desenvolveu por primeira vez un método de produción de láminas de grafeno, polo menos intencionadamente. Nos 17 anos transcorridos desde entón, unha serie de avances paralelos finalmente puxeron en primeiro plano a posibilidade de revolucionar a forma en que os humanos interactúan coa electrónica. En comparación con todos os métodos existentes de produción e fabricación de dispositivos baseados en grafeno, o grafeno gravado con láser permite patróns de grafeno sinxelos, de produción en masa, de alta calidade e económicos nunha variedade de aplicacións, incluíndo o cambio da electrónica da pel.
Nun futuro próximo, é razoable esperar avances no sector enerxético, incluíndo o control da enerxía, a recollida de enerxía e o almacenamento de enerxía. Tamén a curto prazo están os avances nos sensores, incluíndo sensores físicos, sensores de gas e mesmo biosensores. O maior é probable que a revolución veña dos wearables, incluídos os dispositivos para aplicacións de telemedicina de diagnóstico. Por certo, quedan moitos retos e obstáculos. Pero estes obstáculos requiren melloras incrementais e non revolucionarias. A medida que os dispositivos conectados e a Internet das Cousas seguen crecendo, a necesidade de a electrónica ultra-pequena é maior que nunca. Cos últimos avances na tecnoloxía do grafeno, o futuro xa está aquí en moitos aspectos.