Редактор Гиктаймс
1,3
рейтинг
24 февраля 2013 в 21:08

Изготовление гибких графеновых ионисторов c помощью обычного DVD-привода

Учёные из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали способ производства тонких и гибких графеновых суперконденсаторов (ионисторов) с помощью пишущего DVD-привода, поддерживающего LightScribe. Технология LightScribe изначально предназначена для нанесения рисунка на обратную сторону диска. Учёные покрыли диск слоем оксида графита на пластиковой подложке, а затем выжгли лазером привода очертания обкладок ионистора. Оксид графита под действием лазера превратился в графен, электропроводность которого на шесть порядков выше, чем у оксида графита. Эти графеновые дорожки и образовали обкладки.



Обкладки выполнены в форме двух «гребёнок» — зубцы одной вложены в промежутки другой. Чем тоньше зубцы, тем больше энергии может запасти такой плоский ионистор. Эта конструкция демонстрирует гораздо лучшие характеристики, чем более привычный «сэндвич» из двух листов графена с электролитом между ними. Кроме того, она гораздо технологичнее — обе обкладки создаются одновременно, после обработки лазером достаточно лишь покрыть их слоем электролита.

В лабораторных образцах удалось достичь плотности мощности в 200 ватт на кубический сантиметр. Как и обычные ионисторы, плоские суперконденсаотры из LSG (Laser Scribed Graphene) выдерживают огромное количество циклов заряда-разряда. Их характеристики практически не меняются при сгибе и скручивании. Создать такой суперконденсатор с помощью лазера можно практически на любой поверхности — не только на гибкой плёнке, но и прямо на кремниевом кристалле. В перспективе это позволит создавать микроэлектронные устройства с интегрированным прямо на чипе элементом питания.

Ссылки и видео

Статья в Nature (PDF).

Видео:





Илья Сименко @ilya42
карма
469,7
рейтинг 1,3
Редактор Гиктаймс
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (74)

  • +9
    Я думал технология lightscribe давно умерла за ненадобностью (как её самой, так и дисков в принципе).

    Вообще, зубцы как-то великоваты.
    • +1
      Удобная технология. Жаль, диски все труднее находить. Но после того, как попользуешься ею, так не хочется маркером (коряво!) диски подписывать, а надпечатывать их на струйнике (опять-таки, не всякие болванки подходят) и вовсе «не то», и дороговато, и как-то попсово выглядит, и устойчивость куда хуже.
    • 0
      Я думаю, что это просто схематичное и наглядное объяснение. В реальности (наверное) можно и мельче печатать.

      Конечно, я размечтался, что смогу сам нарезать такое на своем DVD-R, все равно простаивает без дела. А прикольно было бы на обычном DVD резать целые платы. Бабушкины и Поповы, ау!
    • 0
      Хек… я тоже так думал пока буквально вчера у знакомого не подержал руках новый Pavilion, в трее с изумлением заметил иконку LightScribe…
    • –4
      С чего бы ей умирать, технология всего 2005 года. Вас вон намного раньше выпустили, но вы ж за ненадобностью еще не умерли?
      • 0
        За неактуальностью для большинства нанесения рисунков на диски (я уже не помню, сколько лет назад последний раз записывал диск).
        Кому-то это нужно, да. Но они же не могут единицами свои приводы выпускать.
        • 0
          Если бы LightScribe приводы кроме нанесения рисунков больше ничего делать не могли, то это были бы маловостребованные устройства. Но т.к. они по совместительству еще и оптические диски читают и пишут, то получаются вполне востребованные конкурентоспособные устройства, в которых есть одна дополнительная функция. Пользоваться ею или нет, и как часто — это уже дело пользователя.
          Что же до отсутствия необходимости записи информации на диски вообще, то это исключительно широта (а точнее ужина) вашего опыта.
          • 0
            << отсутствия необходимости записи информации на диски вообще
            Я такого не писал.

            << то это исключительно широта (а точнее ужина) вашего опыта
            Вы меня не слышите. Я не говорю, что это не нужно. Я утверждаю, что диски давно утратили свое значение, и используются в редких случаях (когда флешка не подходит, собственно). Фильмы, игры — это ушло в сеть. И заметьте, для них LightScribe не подходил (т.к. нужны полноцветные картинки).
            • 0
              «утратили свое значение, и используются в редких случаях » слышится именно как «не нужно».
              С чего вы взяли, что фильмы и игры «ушли в сеть»? Берется оно во многих случаях именно из сети, но хорошие, нужные вещи многие пользователи предпочитают сохранять у себя, т.к. неизвестно, что через год будет с теми же трекерами и интернетом вообще, а внукам что-то оставить надо из образцов культуры и искусства.
              • 0
                Ну так и сохраняют на терабайтных винчестерах, а не на дисках.
                • –1
                  Ошибаетесь. А точнее необоснованно переносите свой опыт на более широкий круг пользователей. Многое хранится на дисках в т.ч. и из соображений сохранности информации. В случае выхода из строя жесткого диска теряется все, в случае выхода из строя одного оптического диска — только его содержимое.
                  • 0
                    В моей выборке (человек 30-40 знакомых) никто диски не использует. Вместо того, чтобы повторять «Ошибаетесь», «Ужина опыта» и т.д., лучше бы привели пример, когда они нужны. Это во-первых.
                    Во-вторых, я вам трижды (!) написал, что я не говорю, что так везде, а только предполагаю. Я прекрасно понимаю, что есть люди, использующие диски. Но для широких масс я не вижу смысла в них, т.к. у многих уже винчестеры достаточно объемные, чтобы забыть о проблеме хранения информации.
                  • +1
                    > в т.ч. и из соображений сохранности информации

                    У меня был печальный опыт. Купил как-то упаковку достаточно недешевых DVD болванок, записал на них бэкапы.
                    Через года 4 понадобилось оттуда достать несколько файлов. И внезапно, примерно треть дисков вообще не определялись приводом. Это было очень печально.
                    А с другой стороны — у меня есть в наличии несколько HDD, самому старому из них что-то около 6 лет — и все прекрасно работают. И с какими-то фатальными поломками HDD я лично сталкивался ровно 1 раз, когда они были еще тех смешных емкостей в районе десятков гигабайт.
                    Более того, если в HDD что-то не в порядке — в большинстве случаев об этом может заранее сказать SMART. Что дает время на оперативный перенос инфы.
                    • +1
                      Специально для Вас разработали mdisc, теперь главной проблемой останется работоспособность привода через 1000 лет )))
                      • 0
                        Круто. Но вот это — www.mdisc.com/wiki/m-disc-ready-drives/ — не очень гут.
                        Интересно, почему об этом ничего не слышно? Диски же ненамного дороже обычных болванок, да и совместимость присутствует, только для записи нужна поддержка.
                        • 0
                          Поищите на амазоне по ключу mdisc — выбор приводов достаточно большой.
              • 0
                Сроки читабельности дисков, записанных и хранимых в домашних условиях, очень часто в пределах нескольких лет. Уже несколько знакомых накололись скидывая фото/видео детей на диски считая что это на вечно.
  • +9
    У меня как раз 2 мешка оксида графита на балконе давно без дела лежат, и у соседа кажется еще было немного. Пойду наделаю себе ионисторов.
    • +1
      у вас там мешок грифелей из карандашей или же мешок угля?)
      • +2
        Мешок активированного угля. Я тут погуглил, оксид углерода это газ, как они нанесли газ на диск?
        • +2
          www.ngpedia.ru/id208948p1.html
          оксид графита — это «недоокисленный» графит. В котором лишь некоторые атомы углерода связаны с ксилородом. И он более-менее сохраняет слоистую структуру самого графита,
    • +11
      И тогда у вас на балконе будет лежать 2 мешка ионисторов
      • +5
        У русского\советского человека и не такое на балконе найдется :)
      • +3
        Они составят хорошую компанию единственной лыже и старой покрышке.
    • 0
      Круто! У меня как раз «резак» с поддержкой технологии LightScribe без дела лежит!)
  • +2
    Удельная ёмкость около 2 мФ/см2. Это очень круто.
    • +6
      Ага, и Фарада на сантиметр в кубе.
      Это очень-очень круто.
      Вроде они на графиках меряются заряженными ватт-часами с литиевыми аккумуляторами. Куча циклов заряд-разряд, большая мощность, не боится мороза, моментальный заряд…
      Ждём самодельных батарей от авиамоделистов. И новых батарей для смартфонов. Работать будет так же мало, но заряжатся будет очень быстро.
      • 0
        Это каким это образом вы «очень быстро» передадите в телефон пару ампер-часов?:)
        • 0
          2 ампер-часа в 3,7 вольтовой батарейка
          2 A * 3,7 В * 3600 секунд в часе = 26640 Дж.

          220 вольт, 10 ампер, 12 секунд. Или 220 вольт, 2 минуты, ток 1 ампер.
          Это же несколько конденцаторов. Их можно заряжать последовательно, а разряжать параллельно.
          В поздних советских кинескопных телевизорах именно так и получали 25 киловольт. То есть заряжали конденсаторы параллельно, а разряжали — последовательно
          • 0
            Так и представляю себе провод от электрочайника, уходящий в глубины смартфона:)
            • 0
              iPad питается током 2,4 ампера, Samsung Galaxy Tab — 2 ампера. 0,5 ампер даёт USB 2.0, 0,9 USB 3.0
              В общем 1 ампер обычное дело сейчас. И провода не очень толстые.
              • 0
                Да, там два ампера, но при напряжении 5-12 Вольт.
                Вы точно хорошо представляете, что будет, если по шнурку USB пустить 10А 220В? (только не пытайтесь это проверить дома).
  • +3
    В Калифорнийском университете есть ученые, но нет хотя бы 2-х координатного станка с ЧПУ? Поэтому приходится изворачиваться с помощью обычного резака?
    • +3
      Техпроцесс настолько прост, что позволяет делать это вручную.
  • 0
    «Оксид графита» — извините, не подскажете химическую формулу? Я, к сожалению, в школе химию прогуливал, забыл как графит обозначается.
    • 0
      Это графит, у которого между слоями где-то обитают химически связанные атомы кислорода.
    • +1
      *удалено*
    • 0
      Свойства. Оксиду графита нельзя приписать определенной химической формулы.

      источник: www.ximicat.com/ebook.php?file=neorg_synt_3.djvu&page=5
  • 0
    Не понял. Графен — это сетка из атомов углерода толщиной в один атом. Его же видно не должно быть.

    Почему тогда графен у них такой чооооорный?
    • –1
      С чего вы взяли, что там всего 1 слой?
    • 0
      Ну так вы же смотрите перпендикулярно плоскости сетки атомов. А черный из-за того, что графен прекрасно поглащает весь видимый сперктр света.
      • +3
        Одна атомная плоскость никогда не поглотит все до такой степени, что бы стать черной.
        • 0
          Зато полимер, на котором эта плоскость «напечатана», вполне может догасить остачу. Обратите внимание на темный кант (не производная от слова cunt) на краю полимерной заготовки. Полимер не сильно то и прозрачный.
          • 0
            Ну не увидите вы один атомный слой) Не говоря уже о том, что бы он был черным. Ок, прозрачность полимера 50%, но это ничего не меняет.

            «Остачу» полимером не добрать, ведь если полимер будет пропускать половину и половину будет задерживать «атомный слой», то на выходе будет свечение 25% начального.
            • 0
              Добавим недостатки матрицы фотоаппарата, получаем искомое.
              Но в целом, с аргументацией согласен, графен все равно что-то отражает, даже его толстый слой.
    • +2
      В статье указано, что итоговая толщина 7.6 микрон, так что это далеко не один слой.
    • 0
      Один слой графена поглащает 3% падающего света. Поэтому даже один слой отлично видно. Ну а если их там 5-6 слоев — то и подавно.
  • –1
    В школе мне рассказывали, что ёмкость конденсатора зависит от площади зазоров (промежутков) между обкладками и толщиной этих зазоров. Чем больше площадь зазоров и меньше их толщина — тем больше ёмкость.

    А что мы видим на этих болванках? По зазорам можно кататься на велосипеде, а то, что обкладки из графена — роли особой не играет. Или это демонстрационный прототип-муляж на фотографиях, а на самом деле всё гораздо мельче…
    • 0
      Вам в школе рассказывали про 2 плоские (даже круглые) пластины и расстояние между ними. Про то, что происходит на краях пластины не рассказывали (пренебрегали этими эффектами).
      Тут же гребёнка. Я не понимаю почему эта конструкция сможет запасать так много энергии, но это не школьный пример.
    • 0
      Подозреваю, что так, иначе нет смысла возиться с lightscribe.
    • 0
      Это ионистор. Графеновая гребенка — только одна обкладка, вторая — сам электролит. Непроводящий зазор (диэлектрик) в ионисторах образуется в виде слоя толщиной в 1-2 атома между электролитом и графеном.
      Правда, не понимаю, зачем две гребенки. По идее обкладкой работает только одна, вторая — просто электрод, обеспечивающий электрический контакт с электролитом и ей не требуется столь же большая площадь.
      • 0
        Если обе гребенки выполнены по одной технологии — тогда и у второй гребенки будет 1-2 атома диэлектрика между ней и электролитом :)
        • 0
          Не факт. Ионисторы, как и электролитические конденсаторы — звери полярные. Двойной электрический слой, AFAIK, формируется у одного из электродов, какого именно — определяется полярностью приложенного напряжения. К тому же, если он будет образовываться у обеих гребенок — это вдвое уменьшит емкость.
    • 0
      «Краевые эффекты»
  • +2
    Раз уж мы начали «печатать», засунуть оный оксид графена (что бы это ни было) вместо тонера в лазерный принтер и печатать конденсаторы 4ым кеглем — не? Там, если что, и лазер есть. Правда, до переноса на носитель, но, думаю, это легко поправимо.
    • +1
      Тут, скорее, на плёнке, которая подклеена (или просто приятнута к диску силами межмолекулярного притяжения)
      image
      Уже был тонкий слой оксида графита, нужное — впечатали лаземро, а остальное смыли растворителем. Т.е. примерно как ЛУТ для домашнего производства печатных плат используют.
    • 0
      В лазерном приводе лазер примерно на 2-3 порядка мощнее. Да и фокусируется получше, тоже на пару порядков.
      • 0
        Лазер в сто-тысячу раз мощнее? Фокусировка в сто раз лучше? Можно я вам не поверю?
        • +3
          Насчет мощности лазера в принтере я не уверен, но врядли больше стандартной — 1мВт. В резаке — от 250мВт. Точка у принтера — 40 микрон, у DVD — порядка 0.6-0.8 микрон. Плюс, в отличие от принтера, где луч сфокусирован статически (т.е. настройкой на заводе), в лазерном приводе луч фокусируется динамически — там стоит подвижная линза и двухмерный линейный привод. Первое измерение — TRACKING, для отслеживания дорожки, а вот второе — FOCUS, для отслеживания поверхности диска и фокусировки точки точно на отражающем слое.
          В сумме это приводит к тому, что тепловой эффект лазера DVD на несколько порядков больше — его хватает на разогрев объема в фокусе до 250С за время записи одного бита (при современных скоростях — что-то около 50нс). Лазер мощностью в 1мВт способен на это разве что при длительной экспозиции (говорят, бывает, что лазер в CD-ROM прожигает диск, если мотор не работает) — несколько секунд.
          • +2
            Ясно, был неправ.
  • +3
    Лазеры для пишущих приводов наверно самый доступный источник дешовых мощных лазерных диодов.
    Удивительно что еще никто их не использует для самодельных 3д принтеров (методом спекания порошка).
    • +1
      Отличная идея.
    • 0
      Минус глазки будет.
      Свет не виден (глазом), зато вреден, вот и не используют.
      При имеющейся мощности маленького лазерика «заливает» светом всю комнату совсем не полезным излучением даже при резке относительно темного материала.

      Хотя в очках/маске можно, но 3D принтер позиционируется как бытовой прибор, типа кофеварки, и вы же не подходите к кофеварке в сварочной маске, правда? :)

      P.S. Аватара Xazzzi тут в тему, однозначно!
      • 0
        Там же всего 250мВт, причем в видимом диапазоне. Опасно при попадании прямого луча в глаз, отраженный относительно безопасен. Это не CO2 трубка, выдающая 40-150Вт излучения в ИК-диапазоне, которые используются в самопальных станках для лазерной резки.
        Ну и кроме того — это лазер. Технику безопасности никто не отменял.
        • 0
          Если взять лазер от Blu-ray, то можно «раскачать» его до 750мВт, а диапазон — конец ультрафиолета, примерно 400нм, почти невидим. Это дырка на сетчатке моментально, без сработавшего моргательного рефлекса.
          И лучше пусть в лаборатории и в «Звёздных войнах» все эти лазеры живут. Полностью за соблюдение техники безопасности я.
          • 0
            Этот похуже, да. Лаборатория же бывает и домашней. А вот техника безопасности — это да, это обязательно.
      • +1
        Ну микроволновки с открытой дверцей тоже вредны. А ИК отфильтровать не проблема даже с сохранением прозрачности в видимом диапазоне!
      • 0
        Да ну их эти лазеры. Я за то, что бы простому прохожему они были крайне труднодоступны. Вы только представьте себе чего может натворить идиот-школьник, бегающий с лазером в пасмурный день и светящий им в глаза прохожим. Это не нож, который можно подойти, забрать и затолкать куда то. И не пиротехника даже.
        • +1
          Кроме идиотов-школьников (которые к тому же и кроме лазера опасную игрушку найдут) есть еще DIY'еры, которым лазеры нужны, чтобы делать различные интересные и полезные штуки. Они совсем не одобрят такой подход.
      • 0
        Микроволновка тоже не полезна если будет работать с открытой дверцей. На то там и защита.
        С лазером так же. Тем более порошковый принтер в открытом виде использовать — малоприятное занятие :)
        • 0
          Тонер так вообще канцероген подобный асбесту. Любая железяка и нежелезяка убить может.
  • 0
    Я конечно не специалист, но: В Лайтскрайбе, если верить википедии применен ИК лазер длиной волны 780нм(это даже не 32нм в Intel Sandy Bridge).
    Экстремальная-ультрафиолетовая фотолитография позволяет получить структуры намного меньше.
    Хотелось бы узнать почему применен именно такой подход.
    • +1
      Дешевый и доступный. И если посмотреть на картинки (если, конечно, они не слишком утрированы) — никакими микроструктурами там не пахнет, гребенки довольно крупные.
      Видимо, главная задача, решаемая лазером — это именно формирование графенового слоя.
    • 0
      Немного погуглил, понял глупость своего высказывания, такие маленькие структуры просто не нужны. Тогда действительно такую технологию рационально применить.
      UPD: Ну собственно комментатор выше так и ответил :)

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.