Технологийн ололтууд: Чигжээсийн дараагийн үе

Хэдэн арван жилийн турш чигжээсийг цоорхойг дүүргэх, үеийг битүүмжлэх-хүйцтэй энгийн, ашигтай материал гэж үздэг байсан ч шинэлэг зүйл болгон тэмдэглэх нь ховор. Эдгээрийг барилга, автомашин, аж үйлдвэрийн төслүүдэд зайлшгүй шаардлагатай гэж үздэг байсан бөгөөд үндсэн функцээс гадна хувьслын талаар бага хүлээлттэй байсан. Гэхдээ энэ түүх маш хурдан өөрчлөгдөж байна. Технологийн сүүлийн үеийн ололтууд нь чигжээсийг энгийн цоорхой дүүргэгчээс ухаалаг, дасан зохицох чадвартай, орчинг мэдрэх, өөрийгөө засах, цахилгаан гүйдэл дамжуулах, эрс тэс нөхцөлд тэсвэрлэх чадвартай, ухаалаг, дасан зохицох чадвар сайтай материал болгон хувиргаж байна. Эдгээр дэвшил нь зөвхөн ахисан сайжруулалт биш; Тэд чигжээс нь юу хийж чадахыг дахин тодорхойлж, салбаруудад шинэ боломжуудыг нээж, инженерчлэл, дизайны дараагийн эрин үеийг нээж байна. Чигжээсийн ирээдүйг тодорхойлж буй хамгийн сэтгэл хөдөлгөм технологийн шинэчлэлтүүдийг авч үзье.

 

Сүүлийн жилүүдэд гарсан хамгийн шинэ нээлтүүдийн нэг бол Мичиганы их сургуулийн судлаачид хагас дамжуулагч силикон чигжээсийг-хэрэглэх боломжгүй гэж үзсэн зүйл юм. Үе үеийн туршид силиконууд нь тусгаарлах шинж чанараараа алдартай байсан тул электрон бүрхүүл, биоанагаах хэрэгсэл гэх мэт цахилгаан эсэргүүцэл чухал байдаг хэрэглээнд тохиромжтой. Гэхдээ торны бүтэцтэй, шугаман силикон хэсгүүдийг нэгтгэсэн энэхүү шинэ силикон сополимер нь цахилгаан гүйдэл дамжуулах замаар энэхүү конвенцийг зөрчиж байна. Гол нь түүний өвөрмөц молекулын бүтцэд оршдог: Si{5}}O-Si бондын өнцгүүд нь уламжлалт силиконуудад ихэвчлэн 110 градуст байрладаг (электрон урсгалыг зөвшөөрөхөд хэт нарийхан) үндсэн төлөвт 140 градусаас эхэлж, өдөөгдсөн төлөвт 150 градус хүртэл сунадаг. Энэхүү бага зэрэг боловч мэдэгдэхүйц өөрчлөлт нь цахилгаан цэнэгийг материалаар чөлөөтэй хөдөлгөх боломжийг олгодог электрон "хурдны зам"-ыг бий болгодог.

 

Энэхүү нээлтийн үр дагавар-хамгийн өргөн хүрээтэй байна. Хатуу уламжлалт хагас дамжуулагчаас ялгаатай нь энэхүү уян хатан, чигжээс дээр суурилсан хагас дамжуулагчийг-зөөлөн, нугалах боломжтой бүтээгдэхүүнд нэгтгэж{3}}шинэ үеийн уян электроникийн үүд хаалгыг нээж өгдөг. Арьсанд саадгүй наалддаг зүүж болох мэдрэгч, муруй гадаргуу дээр ороож болох уян фотоволтайк, тэр ч байтугай динамик хэв маяг, дүрсийг харуулсан хувцас зэргийг бүхэлд нь энэхүү шинэлэг чигжээсийн технологиор бүтээдэг гээд төсөөлөөд үз дээ. Нэмж дурдахад, гинжний уртыг тохируулах замаар сополимерийн өнгийг хянах боломжтой: урт гинж нь бага-эрчим хүчний улаан гэрлийг ялгаруулдаг бол богино гинж нь илүү их-энергийн цэнхэр гэрлийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь уламжлалт тунгалаг эсвэл цагаан өнгөтэй байсан силиконуудын хувьд дахин нэг анхны өнгө-бүрдэг. Энэхүү хос функц (дамжуулагч ба өнгөний хяналт) нь материалыг{10}}хэрэглээний цахилгаан бараанаас эхлээд загварын технологи хүртэлх салбаруудад тоглоомын хувиргагч болгодог.

 

Өөр нэг өөрчлөлт шинэчлэлт бол үйлдвэр, барилгын салбарт засвар үйлчилгээ, бат бөх чанарыг өөрчилсөн{0}}өөрийгөө эдгээдэг чигжээсийн бүтээн байгуулалт юм. Эдгээр ухаалаг материалууд нь хүний ​​оролцоогүйгээр эвдрэлийг автоматаар засахаар бүтээгдсэн бөгөөд өндөр өртөгтэй, цаг хугацаа шаардсан гар аргаар засвар хийх шаардлагагүй-. Энэхүү технологийн гол цөм нь чигжээсийн дотор суулгасан эдгээх бодисоор (шингэн полимер эсвэл цавуу гэх мэт) дүүргэсэн-жижиг, хөндий бөмбөлөгүүд-байдаг. Чигжээс нь хагарал, цоорхой үүсэх үед микрокапсулууд хагарч, эдгээх бодисыг ялгаруулж, дараа нь эргэн тойрны чигжээстэй урвалд орж, бат бөх, үл үзэгдэх холбоос үүсгэж, гэмтлийг үр дүнтэй "эдгээдэг".

 

Өөрийгөө эдгээдэг чигжээсийг-дэлхийн бодит хэрэглээ- хэдийнэ нөлөө үзүүлж байна. Үйлдвэрлэлийн хувьд энэ технологиор тоноглогдсон шугам хоолойн чигжээс нь бага хэмжээний алдагдлыг арилгах боломжтой бөгөөд өндөр өртөгтэй асгарахаас сэргийлж, сул зогсолтыг багасгадаг. Барилгад барилгын фасад, дээвэрт ашигладаг,{4}}өөрөө эдгээдэг чигжээсүүд нь дулааны тэлэлт эсвэл цаг агаарын эвдрэлээс үүссэн хагарлыг засч, бүтцийн ашиглалтын хугацааг уртасгаж, засвар үйлчилгээний зардлыг бууруулдаг. Сансар огторгуйн хувьд найдвартай байдал нь тохиролцох боломжгүй-тэд ч чухал эд ангиудыг элэгдэлд оруулахаас хамгаалж, байнгын хяналт шалгалтын хэрэгцээг багасгахын тулд өөрийгөө эдгээх чигжээсийг ашиглаж байна. Технологи хөгжихийн хэрээр судлаачид том ан цавыг засаж, хүрээлэн буй орчны янз бүрийн нөхцөлд дасан зохицож чадах-өөрийгөө эдгээдэг чигжээсийг хөгжүүлж, илүү уян хатан болгож байна.

 

3D хэвлэх технологи нь цахилгаан дамжуулах чанар, өөрийгөө эдгээх{0}}ээс гадна чигжээсийг түрхэх, ашиглах хэлбэрийг өөрчилдөг. Уламжлалт чигжээсийг хэрэглэх нь ихэвчлэн гарын авлагын багаж хэрэгсэлд тулгуурладаг бөгөөд-ялангуяа нарийн төвөгтэй хэлбэр,-хүрэхэд хэцүү{5}}хүртэл{5}}болон захиалгат бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд. 3 чигжээсийг D хэвлэх нь нарийн, автоматжуулсан хэрэглээг зөвшөөрч, чигжээсийг яг шаардлагатай хэмжээгээр, яг шаардлагатай хэмжээгээр түрхэх замаар энэ асуудлыг шийддэг. Энэ нь ялангуяа хөдөлгүүрийн эд анги, онгоцны хавтан, электрон хаалт зэрэг өвөрмөц эд ангиудын загварт тохирсон чигжээсний хэлбэрийг ихэвчлэн шаарддаг автомашины болон сансрын инженерийн хувьд үнэ цэнэтэй юм.

 

3D{1}}хэвлэх боломжтой чигжээсүүд нь илүү үр ашигтай үйлдвэрлэлийн процессыг идэвхжүүлж байна. Жишээлбэл, модульчлагдсан барилгын ажилд 3D{4}}хэвлэсэн чигжээс нь угсармал эд ангиудын хооронд үл нэвтрэх, агааргүй холболт үүсгэж, угсрах хугацааг багасгаж, бүтцийн ерөнхий бат бөх чанарыг сайжруулдаг. Электроникийн хувьд 3D хэвлэх нь чийг, тоос шороо, температурын хэлбэлзлээс илүү сайн хамгаалж, эмзэг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн эргэн тойронд чигжээсийг нарийн төвөгтэй хэв маягаар түрхэх боломжийг олгодог. 3D хэвлэх технологи илүү хүртээмжтэй болохын хэрээр бид -эрэлттэй чигжээсийн хэрэглээ рүү шилжиж, хог хаягдлыг багасгаж, зардлыг бууруулж байгааг харж байна.

 

Нанотехнологи нь чигжээсийн технологийн шинэчлэлийн өөр нэг гол хөдөлгөгч хүч бөгөөд уламжлалт чигжээсний гүйцэтгэлийг урьд өмнө боломжгүй байсан арга замаар сайжруулдаг. Судлаачид 100 нанометрээс бага хэмжээтэй-нано хэсгүүдийг{3}} чигжээсний найрлагад нэмснээр материалын бат бөх, уян хатан байдал, усны эсэргүүцэл, халуунд тэсвэртэй байдлыг эрс сайжруулж чадна. Жишээлбэл, силикон чигжээсийн найрлагад цахиурын нано хэсгүүдийг нэмснээр тэдгээрийн суналтын бат бэх, элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг нэмэгдүүлж,-үйлдвэрлэлийн машин механизм, тээврийн дэд бүтэц зэрэг өндөр элэгдэлд ороход тохиромжтой. Үүний зэрэгцээ нүүрстөрөгчийн нано хоолой нь цахилгаан дамжуулах чанарыг сайжруулж (хагас дамжуулагч чигжээсийн нээлтийг нөхөж) дулааны тогтвортой байдлыг сайжруулж, чигжээсийг өндөр температурт үйлдвэрлэлийн процесс эсвэл сансрын хэрэглээ зэрэг эрс тэс орчинд тохиромжтой- болгодог.

 

Нано технологи нь хүрээлэн буй орчны өөрчлөлтийг мэдэрч, хариу үйлдэл үзүүлэх чадвартай "ухаалаг" чигжээсийг боловсруулах боломжийг олгодог. Жишээлбэл, зарим наноматериал{1}}сайжруулсан чигжээсүүд нь температур, чийгшил, даралтын өөрчлөлтийг илрүүлж, оновчтой гүйцэтгэлийг хадгалахын тулд шинж чанарыг нь тохируулж чаддаг. Бусад нь химийн бодис эсвэл бохирдуулагч бодис байгаа эсэхийг мэдэрч, хамгаалалтын урвал үүсгэж, үндсэн бүтцийг гэмтээхээс сэргийлдэг. Эдгээр ухаалаг чигжээсүүд нь нөхцөл байдал хурдан бөгөөд гэнэтийн байдлаар өөрчлөгдөж болох хатуу ширүүн орчинд үнэ цэнэтэй юм.

Эдгээр технологийн нээлтүүдийг үнэхээр сэтгэл хөдөлгөм болгодог зүйл бол тэдгээр нь хоорондоо огтлолцож, бие биенээ нөхөх чадвар юм. 3D{2}}хэвлэсэн, өөрийгөө эдгээдэг{3}}цахилгаан гүйдэл дамжуулах, өнгөө өөрчлөх, хүрээлэн буй орчинд дасан зохицох чадвартай хагас дамжуулагч чигжээсийг төсөөлөөд үз дээ-энэ нь шинжлэх ухааны уран зөгнөлт биш; энэ бол чигжээсийн технологийн ирээдүй юм. Эдгээр шинэлэг зүйл нь зөвхөн чигжээсний гүйцэтгэлийг сайжруулдаггүй; Тэд өөрсдийн үүргийг дэмжих материалаас салбар даяар инновацийг хөтлөх чухал бүрэлдэхүүн хэсэг болгон өргөжүүлж байна.

 

Чигжээсийн технологийн ирээдүй гэрэл гэгээтэй бөгөөд эдгээр дэвшил нь зөвхөн эхлэл юм. Судлаачид материалын шинжлэх ухааны хил хязгаарыг ахиулсаар байгаа тул бид барилгын бусад системтэй холбогдож чадах чигжээсээс эхлээд биологийн хувьд бүрэн задрах чадвартай-бүр ч илүү шинэлэг чигжээсийн шийдлүүдийг харах болно. Нэгэн цагт энгийн цоорхойг дүүргэгч байсан зүйл нь одоо бидний барих, үйлдвэрлэх, бүтээх аргад хувьсгал хийж байгаа динамик, олон үйлдэлт материал болжээ. Барилга, автомашин, электроник, сансар огторгуйн салбарын мэргэжилтнүүдийн хувьд эдгээр технологийн ололт амжилтын талаар мэдээлэлтэй байх нь муруйгаас түрүүлж, төслийнхөө шинэ боломжуудыг нээх түлхүүр болно.