Ինժեներները ցույց են տվել ամենափոքր մարտկոցն ամենափոքր համակարգչի համար
Քեմնիցի տեխնոլոգիական համալսարանի ղեկավարած հետազոտական խումբը՝ IFW Dresden-ի և Changchun կիրառական քիմիայի ինստիտուտի մասնակցությամբ, ներկայացնում է միկրոէլեկտրոնիկայի էներգիայի հետ կապված խնդիրը լուծելու կիրառական մեթոդ:
Ժամանակակից համակարգիչները գնալով փոքրանում են, իսկ սմարթֆոններն առաջարկում են նոութբուքերին մոտ հզորություն: Եվ մանր մոդուլների միտումը շարունակվում է: Օրինակ, փոքր միկրոէլեկտրոնային սարքերը, ինչպիսիք են կենսահամատեղելի սենսորային համակարգերը, պահանջում են համակարգիչներ և մարտկոցներ, որոնք ավելի փոքր են, քան փոշու մի մասնիկը: Մինչ այժմ այս զարգացումը խոչընդոտվել է երկու հիմնական գործոնի պատճառով՝ ցանկացած ժամանակ և ցանկացած վայրում շահագործման համար ներկառուցված սնուցման աղբյուրների բացակայությունը և ինտեգրված միկրոմարտկոցների արտադրության դժվարությունը:
Պրոֆեսոր դոկտոր Օլիվեր Գ. Շմիդտը, նանոէլեկտրոնիկայի նյութերի համակարգերի ամբիոնի վարիչ և Քեմնից տեխնոլոգիական համալսարանի նյութերի, ճարտարապետության և նանոմեմբրանների ինտեգրման կենտրոնի (MAIN) գիտական ղեկավար, դոկտոր Մինգշեն Ժուն, ով աշխատում էր Պրոֆեսոր Շմիդտի խմբում MAIN հետազոտական կենտրոնում 2022 թվականի փետրվարից, և Պինդ վիճակի և նյութերի ուսումնասիրության ինստիտուտի հետազոտողները, ինչպես նաև Լայբնից (IFW) Դրեզդենը և Չանչունի կիրառական քիմիայի ինստիտուտը ներկայացրել են այս խնդիրների լուծումը։ Նրանք քննարկում են, թե ինչպես կարող են ներդրվել մարտկոցով աշխատող խելացի հավելվածները ենթամիլիմետրային մասշտաբով և որպես նախատիպ ներկայացնել աշխարհի ամենափոքր մարտկոցը:
«Մեր արդյունքները ցույց են տալիս խրախուսական կատարում փոքր քառակուսի միլիմետրանոց էներգիայի պահեստավորման սարքերում»,- ասում է դոկտոր Մինգշեն Չժուն, մինչդեռ պրոֆեսոր Օլիվեր Շմիդտը ավելացնում է. «Այս տեխնոլոգիան դեռևս օպտիմիզացման հսկայական ներուժ ունի, և մենք կարող ենք ակնկալել շատ ավելի հզոր միկրոմարտկոցներ ապագայում»:
Փոքրիկ ենթամիլիմետրային մասշտաբով համակարգիչների աշխատելու հզորությունը կարող է ապահովվել համապատասխան մարտկոցների մշակմամբ կամ էլեկտրաէներգիա արտադրելու «բերքահավաքի» մեթոդներով: «Հավաքածուի» ոլորտում, օրինակ, միկրոջերմաէլեկտրական գեներատորները ջերմությունը վերածում են էլեկտրականության, սակայն դրանց ելքային հզորությունը չափազանց փոքր է միկրոէլեկտրոնիկայի հետ աշխատելու համար։ Մեխանիկական թրթռումները էներգիայի ևս մեկ աղբյուր են փոքր սարքերը սնուցելու համար: Խոստումնալից են նաև փոքր ֆոտոգալվանային բջիջները, որոնք լույսը վերածում են էլեկտրական էներգիայի փոքր չիպերի վրա:
Այնուամենայնիվ, լույսը և թրթռումները միշտ և ամենուր հասանելի չեն, ինչն անհնարին է դարձնում աշխատանքը շատ միջավայրերում, օրինակ՝ մարդու մարմնում, որտեղ փոքրիկ սենսորները պահանջում են մշտական էներգիայի աղբյուր: Հզոր փոքրիկ մարտկոցները կլուծեն այս խնդիրը:
Սակայն փոքրիկ մարտկոցների արտադրությունը շատ տարբեր է: Օրինակ՝ էներգիայի բարձր խտությամբ կոմպակտ մարտկոցներ մշակելու համար օգտագործվում են էլեկտրոդային նյութեր և հավելումներ (ածխածնային նյութեր և կապող նյութեր), որոնք վերամշակվում են կախոցի մեջ և տեղադրվում մետաղական փայլաթիթեղի վրա։ Ներկառուցված միկրոմարտկոցները, որոնք արտադրվում են նման ստանդարտ տեխնոլոգիաների կիրառմամբ, կարող են ապահովել լավ էներգիա և հզորության խտություն, սակայն ունեն մեկ քառակուսի միլիմետրից ավելի տարածք:
Ներկառուցված մարտկոցներ պատրաստելու համար օգտագործվում են բարակ թաղանթներ, էլեկտրոդների սյուներ կամ միաձուլված միկրոէլեկտրոդներ: Այնուամենայնիվ, այս նմուշները հաճախ տառապում են էներգիայի վատ կուտակումից, և այդ մարտկոցների տարածքը չի կարող զգալիորեն պակաս լինել մեկ քառակուսի միլիմետրից:
Այսպիսով, պրոֆեսոր Շմիդտի, դոկտոր Չժուի և նրանց թիմի անդամների նպատակն էր՝ մշակել չիպերով ինտեգրվող մարտկոց մեկ քառակուսի միլիմետրից շատ ցածր, որը դեռևս ունի նվազագույն էներգիայի խտություն, 100 միկրովտ/ժ՝ մեկ քառակուսի սանտիմետրում:
Դա անելու համար թիմը կիրառել է ընթացիկ կոլեկտորներ և էլեկտրոդային ժապավեններ միկրոսանդղակի վրա։ Նմանատիպ գործընթաց Tesla-ն լայնածավալ օգտագործում է էլեկտրական մեքենաների համար մարտկոցների արտադրության մեջ:
Հետազոտողները օգտագործում են, այսպես կոչված, «շվեյցարական ռուլետ» կամ «միկրոօրիգամի» գործընթացը։ Սեփական լարմամբ շերտավոր համակարգ է ստեղծվում ափսեի մակերեսին պոլիմերային, մետաղական և դիէլեկտրական նյութերի բարակ շերտերի հաջորդական կիրառմամբ։ Մեխանիկական սթրեսը թեթևացնում է բարակ շերտերը հանելով, որոնք այնուհետև ավտոմատ կերպով գլորվում են Swiss-Roll ճարտարապետության մեջ: Այսպիսով, արտաքին ուժեր չեն պահանջվում նման ինքնաոլորվող գլանաձև միկրոմարտկոց ստեղծելու համար: Այս մեթոդը համատեղելի է չիպերի արտադրության հաստատված տեխնոլոգիաների հետ և թույլ է տալիս բարձր արտադրողականությամբ միկրոմարտկոցներ արտադրել վաֆլի մակերեսի վրա:
Օգտագործելով այս մեթոդը՝ հետազոտական թիմն արտադրել է վերալիցքավորվող միկրոմարտկոցներ, որոնք կարող են աշխատել աշխարհի ամենափոքր համակարգչային չիպերին մոտ տասը ժամով. օրինակ՝ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը չափելու համար: Փոքրիկ մարտկոցը մեծ ներուժ ունի ապագա միկրո և նանոէլեկտրոնային ընկալման և ակտիվացման տեխնոլոգիաների համար այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են Իրերի ինտերնետը, մանր բժշկական իմպլանտները, միկրոռոբոտային համակարգերը և ծայրահեղ ճկուն էլեկտրոնիկան:
Սիրարփի Աղաբաբյան
