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आधुनिक दुनिया में हम जो कुछ भी देखते हैं वह कुछ हद तक इलेक्ट्रॉनिक्स पर निर्भर करता है। चूंकि हमने पहली बार खोजा कि यांत्रिक कार्य उत्पन्न करने के लिए बिजली का उपयोग कैसे किया जाए, हमने अपने जीवन को तकनीकी रूप से बेहतर बनाने के लिए बड़े और छोटे उपकरण बनाए हैं। बिजली की रोशनी से लेकर स्मार्टफोन तक, हर उपकरण हम विभिन्न विन्यासों में एक साथ सिले हुए कुछ सरल घटकों को विकसित करते हैं। वास्तव में, एक सदी से भी अधिक समय से, हम इस पर भरोसा करते रहे हैं:
हमारी आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स क्रांति इन चार प्रकार के घटकों पर निर्भर करती है, साथ ही - बाद में - ट्रांजिस्टर, जो हमें आज उपयोग की जाने वाली लगभग हर चीज उपलब्ध कराती है। जैसे-जैसे हम इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को छोटा बनाने, अपने जीवन और वास्तविकता के अधिक से अधिक पहलुओं की निगरानी करने, अधिक डेटा संचारित करने की होड़ में हैं कम शक्ति, और हमारे उपकरणों को एक-दूसरे से जोड़ने पर, हम जल्दी से इन क्लासिक सीमाओं को पार कर जाते हैं। प्रौद्योगिकी। लेकिन, 2000 के दशक की शुरुआत में, सभी पाँच प्रगतियाँ एक साथ आईं, और उन्होंने हमारी आधुनिक दुनिया को बदलना शुरू कर दिया। यहाँ बताया गया है कि यह सब कैसे हुआ।
1.) ग्राफीन का विकास। प्रकृति में पाई जाने वाली या प्रयोगशाला में निर्मित सभी सामग्रियों में से, हीरा अब सबसे कठोर सामग्री नहीं है। छह कठोर पदार्थ हैं, सबसे कठोर ग्राफीन है। 2004 में, ग्राफीन, कार्बन की एक परमाणु-मोटी शीट हेक्सागोनल क्रिस्टल पैटर्न में एक साथ बंद, गलती से प्रयोगशाला में अलग हो गया था। इस प्रगति के ठीक छह साल बाद, इसके खोजकर्ताओं आंद्रेई हेम और कोस्त्या नोवोसेलोव को भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। न केवल यह अब तक का सबसे कठिन पदार्थ है, बल्कि अविश्वसनीय रूप से लचीला भी है भौतिक, रासायनिक और थर्मल तनाव, लेकिन यह वास्तव में परमाणुओं की एक आदर्श जाली है।
ग्राफीन में आकर्षक प्रवाहकीय गुण भी हैं, जिसका अर्थ है कि यदि ट्रांजिस्टर सहित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को सिलिकॉन के बजाय ग्राफीन से बनाया जा सकता है, तो वे संभवतः आज हमारे पास मौजूद किसी भी चीज़ से छोटे और तेज़ हो सकते हैं। यदि ग्राफीन को प्लास्टिक में मिलाया जाता है, तो इसे प्लास्टिक में बदला जा सकता है एक गर्मी प्रतिरोधी, मजबूत सामग्री जो बिजली का संचालन भी करती है। इसके अलावा, ग्राफीन प्रकाश के लिए लगभग 98% पारदर्शी है, जिसका अर्थ है कि यह पारदर्शी टचस्क्रीन, प्रकाश उत्सर्जक पैनल और यहां तक ​​कि सौर कोशिकाओं के लिए क्रांतिकारी है। जैसा कि नोबेल फाउंडेशन ने इसे 11 साल पहले रखा था पहले, "शायद हम इलेक्ट्रॉनिक्स के एक और लघुकरण के कगार पर हैं जिससे भविष्य में कंप्यूटर और अधिक कुशल हो जाएंगे।"
2.) सरफेस माउंट रेसिस्टर्स। यह सबसे पुरानी "नई" तकनीक है और संभवतः किसी भी व्यक्ति से परिचित है जिसने कंप्यूटर या सेल फोन का विच्छेदन किया है। सरफेस माउंट रेसिस्टर एक छोटी आयताकार वस्तु है, जो आमतौर पर सिरेमिक से बनी होती है, जिसके दोनों तरफ प्रवाहकीय किनारे होते हैं। समाप्त होता है। सिरेमिक का विकास, जो बहुत अधिक शक्ति या गर्मी को नष्ट किए बिना विद्युत प्रवाह के प्रवाह का विरोध करता है, ने ऐसे प्रतिरोधक बनाना संभव बना दिया है जो पहले इस्तेमाल किए गए पुराने पारंपरिक प्रतिरोधों से बेहतर हैं: अक्षीय लीड प्रतिरोधक।
ये गुण इसे आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स, विशेष रूप से कम-शक्ति और मोबाइल उपकरणों में उपयोग के लिए आदर्श बनाते हैं। यदि आपको एक अवरोधक की आवश्यकता है, तो आप प्रतिरोधों के लिए आवश्यक आकार को कम करने, या बढ़ाने के लिए इन एसएमडी (सतह माउंट डिवाइस) में से एक का उपयोग कर सकते हैं आप समान आकार की बाधाओं के भीतर उन पर शक्ति लागू कर सकते हैं।
3.) सुपरकैपेसिटर। कैपेसिटर सबसे पुरानी इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकियों में से एक हैं। वे एक साधारण सेटअप पर आधारित हैं जिसमें दो प्रवाहकीय सतहें (प्लेटें, सिलेंडर, गोलाकार गोले इत्यादि) एक दूसरे से थोड़ी दूरी से अलग हो जाती हैं, और दोनों सतहें समान और विपरीत चार्ज बनाए रखने में सक्षम हैं। जब आप संधारित्र के माध्यम से करंट प्रवाहित करने का प्रयास करते हैं तो यह चार्ज हो जाता है और जब आप करंट बंद कर देते हैं या दो प्लेटों को जोड़ते हैं तो संधारित्र डिस्चार्ज हो जाता है। कैपेसिटर में ऊर्जा भंडारण सहित अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला होती है। जारी ऊर्जा का तीव्र विस्फोट, और पीजोइलेक्ट्रिक इलेक्ट्रॉनिक्स, जहां डिवाइस के दबाव में परिवर्तन विद्युत संकेत उत्पन्न करते हैं।
बेशक, बहुत ही छोटे पैमाने पर छोटी दूरी से अलग की गई कई प्लेटें बनाना न केवल चुनौतीपूर्ण है बल्कि मौलिक रूप से सीमित है। सामग्रियों में हाल की प्रगति - विशेष रूप से कैल्शियम कॉपर टाइटेनेट (सीसीटीओ) - छोटी जगहों में बड़ी मात्रा में चार्ज स्टोर कर सकती है: सुपरकैपेसिटर। इन लघु उपकरणों को खराब होने से पहले कई बार चार्ज और डिस्चार्ज किया जा सकता है; तेजी से चार्ज और डिस्चार्ज; और पुराने कैपेसिटर की प्रति यूनिट मात्रा में 100 गुना ऊर्जा संग्रहीत करते हैं। जब इलेक्ट्रॉनिक्स को छोटा करने की बात आती है तो वे एक गेम-चेंजिंग तकनीक हैं।
4.) सुपर इंडक्टर्स। "बिग थ्री" के अंतिम के रूप में, सुपरइंडक्टर 2018 तक आने वाला नवीनतम खिलाड़ी है। एक इंडिकेटर्स मूल रूप से एक चुंबकीय कोर के साथ उपयोग किए जाने वाले वर्तमान के साथ एक कुंडल है। इंडक्टर्स अपने आंतरिक चुंबकीय में परिवर्तन का विरोध करते हैं फ़ील्ड, जिसका अर्थ है कि यदि आप इसके माध्यम से करंट प्रवाहित करने का प्रयास करते हैं, तो यह कुछ समय के लिए प्रतिरोध करता है, फिर करंट को इसके माध्यम से स्वतंत्र रूप से प्रवाहित होने देता है, और अंत में जब आप करंट बंद कर देते हैं तो फिर से बदलाव का विरोध करता है। प्रतिरोधक और कैपेसिटर के साथ, वे हैं सभी सर्किट के तीन बुनियादी तत्व। लेकिन फिर, वे कितने छोटे हो सकते हैं इसकी एक सीमा है।
समस्या यह है कि अधिष्ठापन मूल्य प्रारंभ करनेवाला के सतह क्षेत्र पर निर्भर करता है, जो लघुकरण के संदर्भ में एक स्वप्न हत्यारा है। लेकिन क्लासिक चुंबकीय अधिष्ठापन के अलावा, गतिज ऊर्जा अधिष्ठापन की अवधारणा भी है: की जड़ता जिस प्रकार एक पंक्ति में चींटियों को अपनी गति बदलने के लिए एक दूसरे से "बातचीत" करनी पड़ती है, उसी प्रकार इलेक्ट्रॉनों की तरह इन विद्युत धारा प्रवाहित कणों को भी गति बढ़ाने के लिए एक दूसरे पर बल लगाने की आवश्यकता होती है। या धीमा करें। परिवर्तन के प्रति यह प्रतिरोध गति की भावना पैदा करता है। कौस्तव बनर्जी की नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स अनुसंधान प्रयोगशाला के नेतृत्व में, ग्राफीन तकनीक का उपयोग करके एक गतिज ऊर्जा प्रारंभ करनेवाला अब विकसित किया गया है: अब तक दर्ज की गई उच्चतम प्रेरण घनत्व सामग्री।
5.) किसी भी उपकरण में ग्राफीन डालें। अब स्टॉक लेते हैं। हमारे पास ग्राफीन है। हमारे पास प्रतिरोधक, कैपेसिटर और इंडक्टर्स के "सुपर" संस्करण हैं - लघु, मजबूत, विश्वसनीय और कुशल। इलेक्ट्रॉनिक्स में अल्ट्रा-लघुकरण क्रांति में अंतिम बाधा , कम से कम सिद्धांत में, किसी भी उपकरण (लगभग किसी भी सामग्री से बना) को इलेक्ट्रॉनिक उपकरण में बदलने की क्षमता है। इसे संभव बनाने के लिए, हमें ग्राफीन-आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स को किसी भी प्रकार की सामग्री में एम्बेड करने की क्षमता की आवश्यकता है, जिसे हम चाहते हैं, लचीली सामग्री सहित। तथ्य यह है कि ग्राफीन में अच्छी तरलता, लचीलापन, शक्ति और चालकता है, जबकि यह मनुष्यों के लिए हानिरहित है, इसे इस उद्देश्य के लिए आदर्श बनाता है।
पिछले कुछ वर्षों में, ग्राफीन और ग्राफीन उपकरणों का निर्माण इस तरह से किया गया है कि इसे केवल कुछ मुट्ठी भर प्रक्रियाओं के माध्यम से प्राप्त किया गया है जो स्वयं काफी कठोर हैं। आप सादे पुराने ग्रेफाइट को ऑक्सीकरण कर सकते हैं, इसे पानी में घोल सकते हैं, और रासायनिक वाष्प द्वारा ग्राफीन बना सकते हैं जमाव। हालाँकि, केवल कुछ ही सब्सट्रेट हैं जिन पर ग्राफीन को इस तरह से जमा किया जा सकता है। आप रासायनिक रूप से ग्राफीन ऑक्साइड को कम कर सकते हैं, लेकिन यदि आप ऐसा करते हैं, तो आप खराब गुणवत्ता वाले ग्राफीन के साथ समाप्त हो जाएंगे। आप यांत्रिक एक्सफोलिएशन द्वारा भी ग्राफीन का उत्पादन कर सकते हैं , लेकिन यह आपको आपके द्वारा उत्पादित ग्राफीन के आकार या मोटाई को नियंत्रित करने की अनुमति नहीं देता है।
यहीं पर लेजर-उत्कीर्ण ग्राफीन में प्रगति आती है। इसे प्राप्त करने के दो मुख्य तरीके हैं। एक ग्राफीन ऑक्साइड से शुरू करना है। पहले की तरह: आप ग्रेफाइट लेते हैं और इसे ऑक्सीकरण करते हैं, लेकिन रासायनिक रूप से इसे कम करने के बजाय, आप इसे कम करते हैं लेजर के साथ। रासायनिक रूप से कम किए गए ग्राफीन ऑक्साइड के विपरीत, यह एक उच्च गुणवत्ता वाला उत्पाद है जिसका उपयोग सुपरकैपेसिटर, इलेक्ट्रॉनिक सर्किट और मेमोरी कार्ड सहित अन्य में किया जा सकता है।
आप पॉलीमाइड, एक उच्च तापमान वाले प्लास्टिक और पैटर्न ग्राफीन का उपयोग सीधे लेजर से भी कर सकते हैं। लेजर पॉलीमाइड नेटवर्क में रासायनिक बंधनों को तोड़ता है, और कार्बन परमाणु पतली, उच्च गुणवत्ता वाली ग्राफीन शीट बनाने के लिए खुद को थर्मल रूप से पुनर्गठित करते हैं। पॉलीमाइड ने दिखाया है ढेर सारे संभावित अनुप्रयोग, क्योंकि यदि आप इस पर ग्राफीन सर्किट उकेर सकते हैं, तो आप मूल रूप से पॉलीमाइड के किसी भी आकार को पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स में बदल सकते हैं। इनमें से कुछ के नाम शामिल हैं:
लेकिन शायद सबसे रोमांचक - लेजर-उत्कीर्ण ग्राफीन की नई खोजों के उद्भव, वृद्धि और सर्वव्यापकता को देखते हुए - जो वर्तमान में संभव है उसके क्षितिज पर है। लेजर-उत्कीर्ण ग्राफीन के साथ, आप ऊर्जा की कटाई और भंडारण कर सकते हैं: एक ऊर्जा-नियंत्रित उपकरण .प्रौद्योगिकी के आगे बढ़ने में असफल होने का सबसे गंभीर उदाहरण बैटरी है। आज, हम विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए लगभग सूखी सेल रसायन विज्ञान का उपयोग करते हैं, जो एक सदियों पुरानी तकनीक है। नए भंडारण उपकरणों के प्रोटोटाइप, जैसे कि जिंक-एयर बैटरी और सॉलिड-स्टेट बैटरी लचीले इलेक्ट्रोकेमिकल कैपेसिटर बनाए गए हैं।
लेजर-उत्कीर्ण ग्राफीन के साथ, हम न केवल ऊर्जा भंडारण के तरीके में क्रांति ला सकते हैं, बल्कि हम पहनने योग्य उपकरण भी बना सकते हैं जो यांत्रिक ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करते हैं: ट्राइबोइलेक्ट्रिक नैनोजेनरेटर। हम उल्लेखनीय कार्बनिक फोटोवोल्टिक बना सकते हैं जिनमें सौर ऊर्जा में क्रांति लाने की क्षमता है। हम लचीली जैव ईंधन कोशिकाएँ भी बना सकते हैं; संभावनाएं बहुत बड़ी हैं। ऊर्जा एकत्र करने और भंडारण के मोर्चे पर, सभी क्रांतियां अल्पावधि में होती हैं।
इसके अलावा, लेजर-उत्कीर्ण ग्राफीन को अभूतपूर्व सेंसर के युग की शुरूआत करनी चाहिए। इसमें भौतिक सेंसर शामिल हैं, क्योंकि भौतिक परिवर्तन (जैसे तापमान या तनाव) प्रतिरोध और प्रतिबाधा (जिसमें कैपेसिटेंस और इंडक्शन के योगदान भी शामिल हैं) जैसे विद्युत गुणों में परिवर्तन का कारण बनते हैं। ).इसमें ऐसे उपकरण भी शामिल हैं जो गैस के गुणों और आर्द्रता में परिवर्तन का पता लगाते हैं, और - जब मानव शरीर पर लागू किया जाता है - किसी के महत्वपूर्ण संकेतों में शारीरिक परिवर्तन। उदाहरण के लिए, स्टार ट्रेक से प्रेरित ट्राइकोर्डर का विचार जल्दी ही अप्रचलित हो सकता है बस एक महत्वपूर्ण संकेत निगरानी पैच संलग्न करना है जो हमारे शरीर में किसी भी चिंताजनक परिवर्तन के प्रति हमें तुरंत सचेत करता है।
सोच की यह दिशा एक नया क्षेत्र भी खोल सकती है: लेजर-उत्कीर्ण ग्राफीन तकनीक पर आधारित बायोसेंसर। लेजर-उत्कीर्ण ग्राफीन पर आधारित एक कृत्रिम गला गले के कंपन की निगरानी करने में मदद कर सकता है, जो खांसने, भिनभिनाने, चिल्लाने, निगलने और सिर हिलाने के बीच संकेत अंतर की पहचान कर सकता है। गतिविधियां। यदि आप एक कृत्रिम बायोरिसेप्टर बनाना चाहते हैं जो विशिष्ट अणुओं को लक्षित कर सकता है, विभिन्न पहनने योग्य बायोसेंसर डिजाइन कर सकता है, या यहां तक ​​​​कि विभिन्न टेलीमेडिसिन अनुप्रयोगों को सक्षम करने में मदद कर सकता है, तो लेजर-उत्कीर्ण ग्राफीन में भी काफी संभावनाएं हैं।
2004 तक, कम से कम जानबूझकर, ग्राफीन शीट बनाने की एक विधि पहली बार विकसित नहीं हुई थी। उसके बाद के 17 वर्षों में, समानांतर प्रगति की एक श्रृंखला ने अंततः मनुष्यों के इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ बातचीत करने के तरीके में क्रांति लाने की संभावना को सामने ला दिया है। ग्राफीन-आधारित उपकरणों के उत्पादन और निर्माण के सभी मौजूदा तरीकों की तुलना में, लेजर-उत्कीर्ण ग्राफीन त्वचा इलेक्ट्रॉनिक्स परिवर्तन सहित विभिन्न अनुप्रयोगों में सरल, बड़े पैमाने पर उत्पादित, उच्च-गुणवत्ता और सस्ती ग्राफीन पैटर्न को सक्षम बनाता है।
निकट भविष्य में, ऊर्जा नियंत्रण, ऊर्जा संचयन और ऊर्जा भंडारण सहित ऊर्जा क्षेत्र में प्रगति की उम्मीद करना उचित है। निकट भविष्य में भौतिक सेंसर, गैस सेंसर और यहां तक ​​कि बायोसेंसर सहित सेंसर में भी प्रगति होगी। सबसे बड़ा पहनने योग्य उपकरणों से क्रांति आने की संभावना है, जिसमें डायग्नोस्टिक टेलीमेडिसिन अनुप्रयोगों के लिए उपकरण भी शामिल हैं। निश्चित रूप से, कई चुनौतियाँ और बाधाएँ बनी हुई हैं। लेकिन इन बाधाओं के लिए क्रांतिकारी सुधारों के बजाय वृद्धिशील सुधार की आवश्यकता है। जैसे-जैसे कनेक्टेड डिवाइस और इंटरनेट ऑफ थिंग्स बढ़ते जा रहे हैं, इसकी आवश्यकता बढ़ रही है। अल्ट्रा-स्मॉल इलेक्ट्रॉनिक्स पहले से कहीं अधिक बेहतर है। ग्राफीन प्रौद्योगिकी में नवीनतम प्रगति के साथ, कई मायनों में भविष्य पहले से ही मौजूद है।