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Quase tudo que encontramos no mundo moderno depende, até certo ponto, da eletrônica. Desde que descobrimos como usar a eletricidade para gerar trabalho mecânico, criamos dispositivos grandes e pequenos para melhorar tecnicamente nossas vidas. que desenvolvemos consiste em apenas alguns componentes simples costurados em várias configurações. Na verdade, há mais de um século, contamos com:
Nossa revolução eletrônica moderna depende desses quatro tipos de componentes, além – mais tarde – de transistores, para nos trazer quase tudo o que usamos hoje. À medida que corremos para miniaturizar dispositivos eletrônicos, monitorar cada vez mais aspectos de nossas vidas e da realidade, transmitir mais dados com menos energia e conectamos nossos dispositivos uns aos outros, rapidamente nos deparamos com esses limites clássicos.Tecnologia.Mas, no início dos anos 2000, cinco avanços se juntaram e começaram a transformar nosso mundo moderno.Veja como tudo aconteceu.
1.) Desenvolvimento do grafeno. De todos os materiais encontrados na natureza ou criados em laboratório, o diamante não é mais o material mais duro. Existem seis mais duros, sendo o mais duro o grafeno. Em 2004, o grafeno, uma folha de carbono com a espessura de um átomo presos juntos em um padrão de cristal hexagonal, foi acidentalmente isolado no laboratório. Apenas seis anos após esse avanço, seus descobridores Andrei Heim e Kostya Novoselov receberam o Prêmio Nobel de Física. estresse físico, químico e térmico, mas na verdade é uma rede perfeita de átomos.
O grafeno também tem propriedades condutoras fascinantes, o que significa que se os dispositivos eletrônicos, incluindo os transistores, pudessem ser feitos de grafeno em vez de silício, eles poderiam ser potencialmente menores e mais rápidos do que qualquer coisa que temos hoje. um material mais forte e resistente ao calor que também conduz eletricidade. Além disso, o grafeno é cerca de 98% transparente à luz, o que significa que é revolucionário para telas sensíveis ao toque transparentes, painéis emissores de luz e até células solares. atrás, “talvez estejamos à beira de outra miniaturização da eletrônica que fará com que os computadores se tornem mais eficientes no futuro”.
2.) Resistores de montagem em superfície. Esta é a tecnologia “nova” mais antiga e provavelmente é familiar para qualquer pessoa que tenha dissecado um computador ou telefone celular. termina.O desenvolvimento da cerâmica, que resiste ao fluxo de corrente sem dissipar muita energia ou calor, tornou possível criar resistores superiores aos resistores tradicionais mais antigos usados ​​antes: resistores de chumbo axiais.
Essas propriedades o tornam ideal para uso em eletrônicos modernos, especialmente em dispositivos móveis e de baixa potência. Se precisar de um resistor, você pode usar um desses SMDs (dispositivos de montagem em superfície) para reduzir o tamanho necessário para os resistores ou para aumentar o poder que você pode aplicar a eles dentro das mesmas restrições de tamanho.
3.) Supercapacitores. Os capacitores são uma das tecnologias eletrônicas mais antigas. Eles são baseados em uma configuração simples na qual duas superfícies condutoras (placas, cilindros, cascas esféricas, etc.) são separadas uma da outra por uma pequena distância, e as duas superfícies são capazes de manter cargas iguais e opostas. Quando você tenta passar corrente através do capacitor ele carrega e quando você desliga a corrente ou conecta as duas placas o capacitor descarrega. rápida explosão de energia liberada e eletrônica piezoelétrica, onde mudanças na pressão do dispositivo geram sinais elétricos.
É claro que fazer múltiplas placas separadas por pequenas distâncias em uma escala muito, muito pequena não é apenas desafiador, mas fundamentalmente limitado. Avanços recentes em materiais - especialmente titanato de cálcio e cobre (CCTO) - podem armazenar grandes quantidades de carga em espaços minúsculos: supercapacitores. Esses dispositivos miniaturizados podem ser carregados e descarregados diversas vezes antes de se desgastarem; carregue e descarregue mais rápido; e armazenam 100 vezes a energia por unidade de volume dos capacitores mais antigos. Eles são uma tecnologia revolucionária quando se trata de miniaturização de eletrônicos.
4.) Superindutores. Como o último dos “Três Grandes”, o superindutor é o último player a ser lançado até 2018. Um indutor é basicamente uma bobina com uma corrente usada com um núcleo magnetizável. campo, o que significa que se você tentar deixar a corrente fluir através dele, ele resistirá por um tempo, depois permitirá que a corrente flua livremente através dele e, finalmente, resistirá às mudanças novamente quando você desligar a corrente. três elementos básicos de todos os circuitos. Mas, novamente, há um limite para o quão pequenos eles podem ser.
O problema é que o valor da indutância depende da área superficial do indutor, o que mata sonhos em termos de miniaturização. Mas além da indutância magnética clássica, existe também o conceito de indutância de energia cinética: a inércia de as próprias partículas portadoras de corrente evitam mudanças em seu movimento. Assim como as formigas enfileiradas devem “conversar” entre si para mudar sua velocidade, essas partículas portadoras de corrente, como os elétrons, precisam exercer uma força umas sobre as outras para acelerar ou desacelerar.Essa resistência à mudança cria uma sensação de movimento.Sob a liderança do Laboratório de Pesquisa em Nanoeletrônica de Kaustav Banerjee, um indutor de energia cinética usando tecnologia de grafeno foi desenvolvido: o material com maior densidade de indutância já registrado.
5.) Coloque grafeno em qualquer dispositivo.Agora vamos fazer um balanço.Temos grafeno.Temos versões “super” de resistores, capacitores e indutores – miniaturizados, robustos, confiáveis ​​e eficientes.O obstáculo final na revolução da ultraminiaturização na eletrônica , pelo menos em teoria, é a capacidade de transformar qualquer dispositivo (feito de quase qualquer material) em um dispositivo eletrônico. Para tornar isso possível, tudo o que precisamos é a capacidade de incorporar eletrônicos baseados em grafeno em qualquer tipo de material que desejarmos, incluindo materiais flexíveis. O fato do grafeno apresentar boa fluidez, flexibilidade, resistência e condutividade, além de ser inofensivo ao ser humano, o torna ideal para esse fim.
Nos últimos anos, o grafeno e os dispositivos de grafeno foram fabricados de uma forma que só foi alcançada por meio de alguns processos que são bastante rigorosos. Você pode oxidar o grafite simples, dissolvê-lo em água e produzir grafeno por vapor químico. deposição.No entanto, existem apenas alguns substratos nos quais o grafeno pode ser depositado dessa forma.Você pode reduzir quimicamente o óxido de grafeno, mas se o fizer, acabará com grafeno de baixa qualidade.Você também pode produzir grafeno por esfoliação mecânica , mas isso não permite controlar o tamanho ou a espessura do grafeno que você produz.
É aqui que entram os avanços no grafeno gravado a laser. Existem duas maneiras principais de conseguir isso. com laser.Ao contrário do óxido de grafeno quimicamente reduzido, é um produto de alta qualidade que pode ser utilizado em supercapacitores, circuitos eletrônicos e cartões de memória, entre outros.
Você também pode usar poliimida, um plástico de alta temperatura, e modelar grafeno diretamente com um laser. O laser quebra as ligações químicas na rede de poliimida e os átomos de carbono se reorganizam termicamente para formar folhas finas de grafeno de alta qualidade. uma tonelada de aplicações potenciais, porque se você puder gravar circuitos de grafeno nele, poderá basicamente transformar qualquer formato de poliimida em eletrônicos vestíveis. Estes, para citar alguns, incluem:
Mas talvez o mais emocionante – dado o surgimento, ascensão e onipresença de novas descobertas de grafeno gravado a laser – esteja no horizonte do que é atualmente possível. Com o grafeno gravado a laser, você pode coletar e armazenar energia: um dispositivo de controle de energia .Um dos exemplos mais flagrantes de fracasso tecnológico são as baterias. Hoje, quase usamos produtos químicos de células secas para armazenar energia elétrica, uma tecnologia centenária. capacitores eletroquímicos flexíveis, foram criados.
Com o grafeno gravado a laser, não só podemos revolucionar a forma como armazenamos energia, mas também podemos criar dispositivos vestíveis que convertem energia mecânica em eletricidade: nanogeradores triboelétricos. também poderia fabricar células de biocombustível flexíveis; as possibilidades são enormes. Nas fronteiras da recolha e armazenamento de energia, as revoluções ocorrem todas no curto prazo.
Além disso, o grafeno gravado a laser deve inaugurar uma era de sensores sem precedentes. Isso inclui sensores físicos, já que mudanças físicas (como temperatura ou deformação) causam alterações nas propriedades elétricas, como resistência e impedância (que também incluem as contribuições de capacitância e indutância). ).Também inclui dispositivos que detectam mudanças nas propriedades dos gases e na umidade e – quando aplicado ao corpo humano – mudanças físicas nos sinais vitais de alguém. Por exemplo, a ideia de um tricorder inspirado em Star Trek pode rapidamente se tornar obsoleta por simplesmente anexando um adesivo de monitoramento de sinais vitais que nos alerta instantaneamente sobre quaisquer mudanças preocupantes em nossos corpos.
Essa linha de pensamento também poderia abrir um campo totalmente novo: biossensores baseados na tecnologia de grafeno gravado a laser. Uma garganta artificial baseada em grafeno gravado a laser poderia ajudar a monitorar as vibrações da garganta, identificando diferenças de sinal entre tosse, zumbido, grito, deglutição e aceno de cabeça. movimentos.O grafeno gravado a laser também tem um grande potencial se você quiser criar um biorreceptor artificial que possa atingir moléculas específicas, projetar vários biossensores vestíveis ou até mesmo ajudar a habilitar várias aplicações de telemedicina.
Foi só em 2004 que um método de produção de folhas de grafeno, pelo menos intencionalmente, foi desenvolvido. Nos 17 anos desde então, uma série de avanços paralelos finalmente trouxe à tona a possibilidade de revolucionar a forma como os humanos interagem com a eletrônica. Comparado a todos os métodos existentes de produção e fabricação de dispositivos baseados em grafeno, o grafeno gravado a laser permite padrões de grafeno simples, produzidos em massa, de alta qualidade e baratos em uma variedade de aplicações, incluindo mudança eletrônica da pele.
Num futuro próximo, é razoável esperar avanços no setor de energia, incluindo controle de energia, coleta de energia e armazenamento de energia. Também no curto prazo estão avanços em sensores, incluindo sensores físicos, sensores de gás e até biossensores. É provável que a revolução venha dos wearables, incluindo dispositivos para aplicações de telemedicina de diagnóstico. É certo que permanecem muitos desafios e obstáculos. a eletrônica ultrapequena é maior do que nunca. Com os mais recentes avanços na tecnologia de grafeno, o futuro já está aqui de várias maneiras.