5 avanços mais recentes que revolucionaram os produtos eletrônicos

Quase tudo o que encontramos no mundo moderno depende, até certo ponto, de produtos eletrônicos.Desde que descobrimos como usar a eletricidade para gerar trabalho mecânico, criamos dispositivos de todos os tamanhos para melhorar nossas vidas.De luzes a smartphones, cada dispositivo que desenvolvemos consiste em apenas alguns componentes simples, que são unidos em várias configurações.De fato, por mais de um século, contamos com:

Nossa revolução eletrônica moderna depende desses quatro tipos de componentes e transistores posteriores, trazendo-nos quase tudo o que usamos hoje.À medida que corremos para miniaturizar dispositivos eletrônicos, monitoramos cada vez mais aspectos de nossas vidas e realidade, transmitimos mais dados com menos energia e conectamos nossos dispositivos uns aos outros, em breve encontraremos essas limitações clássicas.tecnologia.Mas no início do século 21, cinco avanços estão se unindo e começaram a mudar nosso mundo moderno.Isto é o que tudo está acontecendo.

1.) O desenvolvimento do grafeno.Entre todos os materiais encontrados na natureza ou criados em laboratório, o diamante não é mais o material mais duro.Seis são mais difíceis, e o mais difícil é o grafeno.O grafeno acidentalmente separado no laboratório em 2004 é uma folha de carbono de um átomo de espessura unida em um padrão de cristal hexagonal.Apenas seis anos após esse progresso, seus descobridores Andrei Heim e Kostya Novoselov ganharam o Prêmio Nobel de Física.Não só é o material mais duro de todos os tempos, e é incrivelmente resistente ao estresse físico, químico e térmico, mas é de fato uma estrutura atômica perfeita.

"Talvez estejamos à beira de outra miniaturização de produtos eletrônicos, que tornará os computadores mais eficientes no futuro."

O grafeno também tem propriedades condutoras fascinantes, o que significa que se dispositivos eletrônicos, incluindo transistores, pudessem ser feitos de grafeno em vez de silício, eles poderiam ser menores e mais rápidos do que qualquer coisa que temos hoje.Se o grafeno for misturado ao plástico, o plástico pode ser transformado em um material resistente ao calor, mais forte e pode conduzir eletricidade.Além disso, a transparência do grafeno à luz é de cerca de 98%, o que significa que é revolucionário para telas sensíveis ao toque transparentes, painéis emissores de luz e até células solares.Como disse a Fundação Nobel há 11 anos, "talvez estejamos prestes a miniaturizar outro produto eletrônico, que tornará os computadores mais eficientes no futuro".

2.) Resistores de montagem em superfície.Esta é a "nova tecnologia" mais antiga, e qualquer pessoa que já tenha analisado um computador ou celular pode estar familiarizado com ela.Um resistor de montagem em superfície é um pequeno objeto retangular, geralmente feito de cerâmica, com bordas condutoras em ambas as extremidades.O desenvolvimento da cerâmica pode impedir o fluxo de corrente sem dissipar energia ou aquecimento, podendo assim criar resistores superiores aos resistores tradicionais mais antigos usados ​​antes: resistores axiais de chumbo.
Essas características os tornam muito adequados para dispositivos eletrônicos modernos, especialmente baixo consumo de energia e dispositivos móveis.Se você precisar de um resistor, poderá usar um desses SMDs (dispositivos de montagem em superfície) para reduzir o tamanho necessário para o resistor ou aumentar a potência que pode aplicar a eles dentro do mesmo limite de tamanho.

3.) Super capacitor.Os capacitores são uma das tecnologias eletrônicas mais antigas.Eles são baseados em uma configuração simples em que duas superfícies condutoras (placas, cilindros, cascas esféricas, etc.) são separadas uma da outra por uma pequena distância, e essas duas superfícies podem manter cargas iguais e opostas.Quando você tenta passar corrente pelo capacitor, ele carrega;quando você desliga a corrente ou conecta duas placas, o capacitor descarrega.Os capacitores têm uma ampla gama de aplicações, incluindo armazenamento de energia, rajadas rápidas de liberação única de energia e eletrônica piezoelétrica, onde mudanças na pressão do dispositivo geram sinais eletrônicos.
É claro que não é apenas um desafio fabricar várias placas com espaçamento muito pequeno em uma escala muito, muito pequena, mas também fundamentalmente limitada.Os últimos desenvolvimentos em materiais – especialmente titanato de cobre e cálcio (CCTO) – possibilitam armazenar grandes quantidades de carga elétrica em espaços minúsculos: supercapacitores.Esses dispositivos miniaturizados podem ser carregados e descarregados muitas vezes antes de se desgastarem;eles carregam e descarregam mais rápido;e eles armazenam 100 vezes mais energia por unidade de volume do que os capacitores mais antigos.No que diz respeito aos produtos eletrônicos miniaturizados, eles são uma tecnologia revolucionária.

4.) Super indutores.O último dos "Três Grandes", o Super Indutor é o mais novo participante, que não foi realizado até 2018. Um indutor é basicamente uma bobina, uma corrente e um núcleo magnetizável usados ​​juntos.O indutor se opõe à mudança de seu campo magnético interno, o que significa que se você tentar deixar a corrente fluir através de um, ele resistirá por um tempo, depois deixará a corrente fluir livremente através dele e, finalmente, resistirá a essa mudança novamente quando você ligar o indutor. corrente desligada.Junto com resistores e capacitores, eles são os três elementos básicos de todos os circuitos.Mas, novamente, há um limite para o quão pequeno eles podem se tornar.
O problema é que o valor da indutância depende da área da superfície do indutor, que é um matador de sonhos em termos de miniaturização.No entanto, além do sentido magnético clássico, existe também o conceito de movimento: a inércia das partículas portadoras de corrente dificulta a mudança de seu movimento.Assim como as formigas em uma fila devem "conversar" umas com as outras para mudar sua velocidade, essas partículas que transportam corrente (como elétrons) precisam aplicar força umas às outras para acelerar ou desacelerar.Essa resistência à mudança cria uma sensação de movimento.Sob a liderança do Laboratório de Pesquisa Nanoeletrônica de Kaustav Banerjee, foi desenvolvido um indutor dinâmico usando tecnologia de grafeno: o material com a maior densidade de indutância de todos os tempos.

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.Pelo menos em teoria, o último obstáculo para a revolução na ultraminiaturização da eletrônica é a capacidade de converter quase qualquer dispositivo feito de qualquer material em um dispositivo eletrônico.Para tornar isso possível, tudo o que precisamos é poder incorporar dispositivos eletrônicos baseados em grafeno em qualquer tipo de material que desejarmos, incluindo materiais flexíveis.O fato de o grafeno proporcionar boa fluidez, flexibilidade, resistência e condutividade ao mesmo tempo em que é inofensivo ao corpo humano o torna a escolha ideal para esse fim.

Nos últimos anos, grafeno e equipamentos de grafeno foram fabricados apenas por meio de alguns processos que apresentam limitações consideráveis.Você pode oxidar grafite antigo comum, depois dissolvê-lo em água e depois fazer grafeno por deposição química de vapor.No entanto, apenas alguns substratos podem depositar grafeno dessa maneira.Você pode reduzir quimicamente o óxido de grafeno, mas se o fizer, acabará com um grafeno de baixa qualidade.Você também pode produzir grafeno por peeling mecânico, mas isso não permite controlar o tamanho ou a espessura do grafeno produzido.

É aqui que está o progresso da gravação a laser de grafeno.Existem duas maneiras principais de conseguir isso.Uma é começar com óxido de grafeno.O mesmo de antes: você oxida o grafite, mas ao invés de reduzi-lo quimicamente, você o reduz com um laser.Ao contrário do óxido de grafeno quimicamente reduzido, isso cria um produto de alta qualidade que pode ser usado em supercapacitores, circuitos eletrônicos e cartões de memória, para citar alguns.

Você também pode usar poliimida - um plástico de alta temperatura - e usar um laser para modelar o grafeno diretamente nele.O laser quebra as ligações químicas na rede de poliimida e os átomos de carbono se recombinam através do calor para formar uma fina folha de grafeno de alta qualidade.A poliimida demonstrou um grande número de aplicações potenciais, porque se você pode gravar circuitos de grafeno nele, você pode basicamente transformar qualquer forma de poliimida em um dispositivo eletrônico vestível.Estes, para citar alguns, incluem:

Mas talvez a coisa mais empolgante – considerando o surgimento e ascensão do grafeno gravado a laser e a onipresença de novas descobertas – esteja no horizonte que é possível atualmente.Usando grafeno gravado a laser, você pode coletar e armazenar energia: um dispositivo de controle de energia.Um dos exemplos mais chocantes de falha tecnológica no progresso são as baterias.Hoje, quase usamos baterias químicas de células secas para armazenar energia elétrica, que é uma tecnologia que tem uma história de centenas de anos.Protótipos de novos dispositivos de armazenamento foram criados, como baterias de zinco-ar e capacitores eletroquímicos flexíveis de estado sólido.
Usando grafeno gravado a laser, podemos não apenas mudar completamente a maneira como armazenamos energia, mas também criar um dispositivo vestível que converte energia mecânica em energia elétrica: um nanogerador de fricção.Podemos criar excelentes equipamentos fotovoltaicos orgânicos, que podem mudar completamente a energia solar.Também podemos fabricar células de biocombustível flexíveis;as possibilidades são enormes.Em termos de coleta e armazenamento de energia, a revolução está prestes a acontecer no curto prazo.

Além disso, o grafeno gravado a laser deve inaugurar uma era de sensores sem precedentes.Isso inclui sensores físicos, porque mudanças físicas, como temperatura ou tensão, podem levar a mudanças nas características elétricas, como resistência e impedância (incluindo a contribuição de capacitância e indutância).Também inclui dispositivos que detectam alterações nas características e umidade do gás e, quando aplicado ao corpo humano, alterações físicas nos sinais vitais de alguém.Por exemplo, "Star Trek" inspirou a ideia de um instrumento triaxial, desde que um patch de monitoramento de sinais vitais seja simplesmente instalado, ele nos lembrará imediatamente de quaisquer alterações preocupantes no corpo, que em breve se tornarão obsoletas.

Essa ideia também pode abrir um campo totalmente novo: biossensores baseados na tecnologia de grafeno de gravação a laser.Uma garganta artificial baseada em grafeno gravado a laser pode ajudar a monitorar as vibrações da garganta e identificar diferenças de sinal entre os movimentos de tossir, cantarolar, gritar, engolir e balançar a cabeça.Se você deseja criar um biorreceptor artificial que possa direcionar moléculas específicas, projetar vários biossensores vestíveis e até ajudar a realizar várias aplicações de telemedicina, o grafeno gravado a laser também tem um grande potencial.

Não foi até 2004 que um método de produção de folhas de grafeno pelo menos intencionalmente foi desenvolvido pela primeira vez.Nos próximos 17 anos, uma série de avanços paralelos finalmente colocaram em primeiro plano a possibilidade de mudar completamente a forma como os humanos interagem com os dispositivos eletrônicos.Comparado com todos os métodos anteriores 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 várias aplicações, incluindo eletrônica de pele.mudança.

Em um futuro próximo, não é irracional esperar progresso no setor de energia, incluindo controle de energia, colheita de energia e armazenamento de energia.Em um futuro próximo, também há avanços em sensores, incluindo sensores físicos, sensores de gás e até biossensores.A maior revolução pode vir de dispositivos vestíveis, incluindo aqueles usados ​​para diagnosticar aplicativos de telemedicina.Certamente, ainda há muitos desafios e obstáculos.Mas esses obstáculos exigem melhorias incrementais em vez de revolucionárias.Com o desenvolvimento contínuo de dispositivos conectados e da Internet das Coisas, a demanda por produtos eletrônicos ultrapequenos é maior do que nunca.Com os mais recentes desenvolvimentos na tecnologia do grafeno, de muitas maneiras, o futuro chegou.

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Horário da postagem: 11 de fevereiro de 2020