berita

Hampir semua hal yang kita jumpai di dunia modern sampai batas tertentu bergantung pada elektronik. Sejak pertama kali kita menemukan cara menggunakan listrik untuk menghasilkan kerja mekanis, kita telah menciptakan perangkat besar dan kecil untuk meningkatkan kehidupan kita secara teknis. Dari lampu listrik hingga ponsel pintar, setiap perangkat yang kami kembangkan hanya terdiri dari beberapa komponen sederhana yang digabungkan dalam berbagai konfigurasi. Faktanya, selama lebih dari satu abad, kami mengandalkan:
Revolusi elektronik modern kita bergantung pada empat jenis komponen ini, ditambah – kemudian – transistor, untuk menyediakan hampir semua yang kita gunakan saat ini. Saat kita berlomba untuk memperkecil perangkat elektronik, memantau lebih banyak aspek kehidupan dan realitas kita, mengirimkan lebih banyak data dengan Dengan daya yang lebih sedikit, dan menghubungkan perangkat kita satu sama lain, kita dengan cepat menemukan batasan-batasan klasik ini. Teknologi. Namun, pada awal tahun 2000-an, lima kemajuan muncul secara bersamaan, dan semuanya mulai mengubah dunia modern kita. Begini perkembangannya.
1.) Perkembangan graphene. Dari semua bahan yang ditemukan di alam atau dibuat di laboratorium, berlian bukan lagi bahan yang paling keras. Ada enam bahan yang lebih keras, yang paling keras adalah graphene. Pada tahun 2004, graphene, lembaran karbon setebal atom terkunci bersama dalam pola kristal heksagonal, secara tidak sengaja diisolasi di laboratorium. Hanya enam tahun setelah kemajuan ini, penemunya Andrei Heim dan Kostya Novoselov dianugerahi Hadiah Nobel dalam bidang Fisika. Bukan hanya bahan paling keras yang pernah dibuat, juga sangat tahan terhadap benturan. tekanan fisik, kimia, dan termal, tetapi sebenarnya ini adalah kisi atom yang sempurna.
Graphene juga memiliki sifat konduktif yang menarik, artinya jika perangkat elektronik, termasuk transistor, dapat dibuat dari graphene dan bukan silikon, maka perangkat tersebut berpotensi menjadi lebih kecil dan lebih cepat dibandingkan apa pun yang kita miliki saat ini. Jika graphene dicampur ke dalam plastik, maka dapat diubah menjadi plastik. bahan yang tahan panas dan lebih kuat serta menghantarkan listrik. Selain itu, graphene sekitar 98% transparan terhadap cahaya, yang berarti ia revolusioner untuk layar sentuh transparan, panel pemancar cahaya, dan bahkan sel surya. Seperti yang dinyatakan oleh Yayasan Nobel 11 tahun yang lalu, “mungkin kita berada di ambang miniaturisasi elektronik lainnya yang akan membuat komputer menjadi lebih efisien di masa depan.”
2.) Resistor pemasangan permukaan. Ini adalah teknologi “baru” tertua dan mungkin akrab bagi siapa pun yang pernah membedah komputer atau ponsel. Resistor pemasangan permukaan adalah benda persegi kecil, biasanya terbuat dari keramik, dengan tepi konduktif pada keduanya ujung.Perkembangan keramik, yang menahan aliran arus tanpa menghilangkan banyak daya atau panas, telah memungkinkan terciptanya resistor yang lebih unggul dari resistor tradisional lama yang digunakan sebelumnya: resistor timbal aksial.
Properti ini membuatnya ideal untuk digunakan dalam elektronik modern, terutama perangkat berdaya rendah dan seluler. Jika Anda memerlukan resistor, Anda dapat menggunakan salah satu SMD (perangkat pemasangan permukaan) berikut untuk mengurangi ukuran resistor yang Anda perlukan, atau untuk menambah kekuatan yang dapat Anda terapkan pada mereka dalam batasan ukuran yang sama.
3.) Superkapasitor.Kapasitor adalah salah satu teknologi elektronik tertua. Mereka didasarkan pada pengaturan sederhana di mana dua permukaan konduktif (pelat, silinder, cangkang bola, dll.) dipisahkan satu sama lain dengan jarak kecil, dan keduanya permukaan mampu mempertahankan muatan yang sama dan berlawanan. Ketika Anda mencoba mengalirkan arus melalui kapasitor, kapasitor akan mengisi daya dan ketika Anda mematikan arus atau menghubungkan kedua pelat, kapasitor akan melepaskan muatan. Kapasitor memiliki berbagai macam aplikasi, termasuk penyimpanan energi, a ledakan cepat energi yang dilepaskan, dan elektronik piezoelektrik, di mana perubahan tekanan perangkat menghasilkan sinyal listrik.
Tentu saja, membuat beberapa pelat yang dipisahkan oleh jarak yang sangat kecil dalam skala yang sangat, sangat kecil tidak hanya menantang tetapi juga terbatas secara fundamental. Kemajuan terkini dalam bidang material—terutama kalsium tembaga titanat (CCTO)—dapat menyimpan muatan dalam jumlah besar dalam ruang yang sangat kecil: superkapasitor. Perangkat mini ini dapat diisi dan dikosongkan beberapa kali sebelum menjadi usang; mengisi dan mengosongkan lebih cepat; dan menyimpan 100 kali energi per satuan volume dibandingkan kapasitor lama. Kapasitor ini merupakan teknologi terobosan dalam hal miniaturisasi elektronik.
4.) Induktor super. Sebagai yang terakhir dari “Tiga Besar”, superinduktor adalah pemain terbaru yang keluar hingga tahun 2018. Induktor pada dasarnya adalah kumparan dengan arus yang digunakan dengan inti yang dapat dimagnetisasi. Induktor menentang perubahan magnet internalnya. yang berarti jika Anda mencoba untuk membiarkan arus mengalir melaluinya, ia akan menolak untuk sementara waktu, kemudian membiarkan arus mengalir bebas melaluinya, dan akhirnya menolak perubahan lagi ketika Anda mematikan arus. Bersama dengan resistor dan kapasitor, mereka adalah tiga elemen dasar dari semua sirkuit. Tapi sekali lagi, ada batasan seberapa kecilnya.
Masalahnya adalah nilai induktansi bergantung pada luas permukaan induktor, yang merupakan pembunuh mimpi dalam hal miniaturisasi. Namun selain induktansi magnet klasik, ada juga konsep induktansi energi kinetik: inersia partikel pembawa arus itu sendiri mencegah perubahan gerakannya. Sama seperti semut dalam satu garis harus “berbicara” satu sama lain untuk mengubah kecepatannya, partikel pembawa arus ini, seperti elektron, perlu mengerahkan gaya satu sama lain untuk mempercepat atau melambat.Resistensi terhadap perubahan ini menciptakan rasa bergerak.Di bawah kepemimpinan Laboratorium Penelitian Nanoelektronik Kaustav Banerjee, induktor energi kinetik menggunakan teknologi graphene kini telah dikembangkan: bahan dengan kepadatan induktansi tertinggi yang pernah tercatat.
5.) Letakkan graphene di perangkat apa pun. Sekarang mari kita lihat. Kita punya graphene. Kita punya versi “super” dari resistor, kapasitor, dan induktor – yang berukuran mini, kuat, andal, dan efisien. Rintangan terakhir dalam revolusi ultra-miniaturisasi di bidang elektronik , setidaknya secara teori, adalah kemampuan untuk mengubah perangkat apa pun (yang terbuat dari hampir semua bahan) menjadi perangkat elektronik. Untuk mewujudkan hal ini, yang kita perlukan hanyalah kemampuan untuk menyematkan perangkat elektronik berbasis graphene ke dalam jenis bahan apa pun yang kita inginkan, termasuk bahan yang fleksibel. Fakta bahwa graphene memiliki fluiditas, fleksibilitas, kekuatan, dan konduktivitas yang baik, namun tidak berbahaya bagi manusia, menjadikannya ideal untuk tujuan ini.
Dalam beberapa tahun terakhir, perangkat graphene dan graphene telah dibuat dengan cara yang hanya dapat dicapai melalui beberapa proses yang cukup ketat. Anda dapat mengoksidasi grafit biasa, melarutkannya dalam air, dan membuat graphene dengan uap kimia. deposisi.Namun, hanya ada sedikit substrat tempat graphene dapat diendapkan dengan cara ini.Anda dapat mereduksi graphene oksida secara kimia, tetapi jika Anda melakukannya, Anda akan mendapatkan graphene berkualitas buruk.Anda juga dapat memproduksi graphene dengan pengelupasan mekanis , tapi ini tidak memungkinkan Anda mengontrol ukuran atau ketebalan graphene yang Anda hasilkan.
Di sinilah kemajuan dalam graphene yang diukir dengan laser berperan penting. Ada dua cara utama untuk mencapai hal ini. Yang pertama adalah memulai dengan graphene oksida. Sama seperti sebelumnya: Anda mengambil grafit dan mengoksidasinya, namun alih-alih mereduksinya secara kimia, Anda malah mereduksinya. dengan laser. Tidak seperti graphene oksida yang direduksi secara kimia, ini adalah produk berkualitas tinggi yang dapat digunakan antara lain dalam superkapasitor, sirkuit elektronik, dan kartu memori.
Anda juga dapat menggunakan polimida, plastik bersuhu tinggi, dan membuat pola graphene langsung dengan laser. Laser memutus ikatan kimia dalam jaringan polimida, dan atom karbon secara termal mengatur ulang dirinya untuk membentuk lembaran graphene yang tipis dan berkualitas tinggi. Polimida telah menunjukkan banyak sekali aplikasi potensial, karena jika Anda dapat mengukir sirkuit graphene di atasnya, pada dasarnya Anda dapat mengubah segala bentuk polimida menjadi perangkat elektronik yang dapat dikenakan. Ini, antara lain, meliputi:
Namun mungkin hal yang paling menarik—mengingat kemunculan, kebangkitan, dan penemuan baru graphene yang diukir dengan laser—adalah hal yang mungkin terjadi saat ini. Dengan graphene yang diukir dengan laser, Anda dapat memanen dan menyimpan energi: sebuah perangkat pengontrol energi .Salah satu contoh paling buruk dari kegagalan kemajuan teknologi adalah baterai. Saat ini, kita hampir menggunakan bahan kimia sel kering untuk menyimpan energi listrik, sebuah teknologi yang sudah berusia berabad-abad. Prototipe perangkat penyimpanan baru, seperti baterai zinc-air dan solid-state kapasitor elektrokimia fleksibel, telah dibuat.
Dengan graphene yang diukir dengan laser, kita tidak hanya dapat merevolusi cara kita menyimpan energi, namun kita juga dapat menciptakan perangkat yang dapat dipakai yang mengubah energi mekanik menjadi listrik: nanogenerator triboelektrik. Kita dapat menciptakan fotovoltaik organik luar biasa yang berpotensi merevolusi energi matahari. Kita juga bisa membuat sel biofuel yang fleksibel; kemungkinannya sangat besar. Dalam hal pengumpulan dan penyimpanan energi, revolusi hanya terjadi dalam jangka pendek.
Selain itu, graphene yang diukir dengan laser akan mengantarkan era sensor yang belum pernah terjadi sebelumnya. Hal ini mencakup sensor fisik, karena perubahan fisik (seperti suhu atau regangan) menyebabkan perubahan sifat listrik seperti resistansi dan impedansi (yang juga mencakup kontribusi kapasitansi dan induktansi). ).Ini juga mencakup perangkat yang mendeteksi perubahan sifat gas dan kelembapan, dan – bila diterapkan pada tubuh manusia – perubahan fisik pada tanda-tanda vital seseorang. Misalnya, gagasan tentang tricorder yang terinspirasi dari Star Trek dapat dengan cepat menjadi usang karena cukup dengan memasang patch pemantau tanda-tanda vital yang langsung mengingatkan kita akan adanya perubahan mengkhawatirkan pada tubuh kita.
Pemikiran ini juga dapat membuka bidang baru: biosensor berdasarkan teknologi graphene yang diukir dengan laser. Tenggorokan buatan berdasarkan graphene yang diukir dengan laser dapat membantu memantau getaran tenggorokan, mengidentifikasi perbedaan sinyal antara batuk, berdengung, menjerit, menelan, dan mengangguk. gerakan.Grafena yang diukir dengan laser juga memiliki potensi besar jika Anda ingin membuat bioreseptor buatan yang dapat menargetkan molekul tertentu, merancang berbagai biosensor yang dapat dipakai, atau bahkan membantu mengaktifkan berbagai aplikasi telemedis.
Baru pada tahun 2004 metode pembuatan lembaran graphene, setidaknya secara sengaja, pertama kali dikembangkan. Dalam 17 tahun sejak itu, serangkaian kemajuan paralel akhirnya memunculkan kemungkinan merevolusi cara manusia berinteraksi dengan elektronik. Dibandingkan dengan semua metode yang ada dalam memproduksi dan membuat perangkat berbasis grafena, grafena yang diukir dengan laser memungkinkan pola grafena yang sederhana, dapat diproduksi secara massal, berkualitas tinggi, dan murah dalam berbagai aplikasi termasuk perubahan elektronik kulit.
Dalam waktu dekat, masuk akal untuk mengharapkan kemajuan dalam sektor energi, termasuk pengendalian energi, pemanenan energi, dan penyimpanan energi. Kemajuan dalam bidang sensor juga dalam waktu dekat, termasuk sensor fisik, sensor gas, dan bahkan biosensor. Yang terbesar Revolusi kemungkinan besar akan datang dari perangkat yang dapat dikenakan (wearable), termasuk perangkat untuk aplikasi telemedis diagnostik. Tentu saja, masih banyak tantangan dan hambatan. Namun hambatan-hambatan ini memerlukan perbaikan bertahap dan bukan perbaikan revolusioner. Seiring dengan semakin berkembangnya perangkat yang terhubung dan Internet of Things, kebutuhan akan perangkat yang dapat dikenakan akan semakin meningkat. elektronik ultra-kecil kini lebih hebat dari sebelumnya. Dengan kemajuan terkini dalam teknologi graphene, masa depan sudah ada dalam banyak hal.