Ученые предложили делать элементы микросхем размером в одну молекулу Современная кремниевая электроника практически дошла до предела миниатюризации. Использование органики потенциально позволяет создавать элементы микросхем размером в одну молекулу. Ученые НИЯУ МИФИ ведут активные исследования в этой области. Недавно они смоделировали изменения возбужденного состояния молекулы органического полупроводника. Результаты работы опубликованы в "Journal of Physical Chemistry". Органическая электроника считается перспективной по двум причинам. Во-первых, сырье для органического синтеза вполне доступно. Во-вторых, использование органических материалов позволяет делать элементы микросхем размером в одну молекулу, что сближает их с внутриклеточными структурами живых объектов. Направленный дизайн органических молекул и функциональных материалов для органической электроники – перспективное научное направление. Ученые обобщают существующий мировой опыт и занимаются предсказательным моделированием. "Наша группа занимается предсказательным моделированием свойств материалов для органической электроники, конкретно – для органических светодиодов (OLED). При работе OLED с катода подаются электроны, с анода – дырки, где-то посередине устройства они встречаются и рекомбинируют, при этом излучается свет. Состояние, когда электрон и дырка находятся рядом, но не рекомбинируют, может жить достаточно долго – его называют экситоном, чаще всего этот экситон локализован в пределах одной молекулы", – рассказала один из авторов исследования, ассистент кафедры физики конденсированных сред Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" и научный сотрудник Центра фотохимии РАН Александра Фрейдзон. По ее словам, с помощью переноса экситона на соседние молекулы удобно управлять цветом и эффективностью свечения OLEDов: между слоями n- и p-типов органических полупроводников помещают излучающий слой (обычно тоже полупроводник), где электроны с дырками встречаются, рекомбинируют и не "разлучаются". "Мы изучили поведение экситона в молекуле типичного дырочного полупроводника, также используемого в качестве матрицы излучающего слоя. Выяснилось, что экситон локализуется не на всей молекуле, а на отдельных ее частях, и может мигрировать по молекуле. В частности, мигрировать под действием небольших возмущений – таких, как присутствие другой молекулы (например, допанта-излучателя) ", – сообщила Александра Фрейдзон. Исследователи прояснили механизм и оценили время миграции экситона из одного конца молекулы в другой. "Оказалось, что по одному из путей миграция происходит очень быстро, в пикосекундном масштабе – и помогают ей в этом вполне определенные внутримолекулярные колебания", – добавила сотрудник НИЯУ МИФИ. Как считают авторы, теперь можно оценить, как на этот процесс влияет присутствие соседних молекул, и предложить модификации структуры исходной молекулы, чтобы сделать процесс переноса энергии возбуждения на молекулу излучателя максимально эффективным. В этом и состоит процесс виртуального проектирования функциональных материалов: ученые выделяют ключевую функцию материала и строят модель процесса, лежащего в основе этой функции, чтобы определить основные факторы, влияющие на эффективность процесса, и предложить новые модификации материала. Ученые отмечают, что сейчас находятся на первой стадии понимания процесса миграции экситона в органических полупроводниках. Уже скоро они смогут давать рекомендации по модификации молекул, используемых в матрицах излучающих слоев OLED. Подробнее.
Предлагаем для самостоятельной сборки проверенную схему регулятора оборотов электродвигателя печки практически для любого автомобиля.
Принципиальная схема регулятора скорости
Функции регулятора оборотов печки
- Регулирование выходной мощности. Способ регулирования - ШИМ. Частота ШИМ - 16 кГц. Число ступеней мощности - 10.
- Индикация уровня светодиодами.
- Плавное изменение мощности.
- Запоминание установленной мощности.
- Настройка скорости изменения мощности.
Описание работы схемы
1 . При включении питания устанавливается последняя выбранная мощность. Светодиод LED_0 индицирует готовность устройства к работе. Светодиоды LED_1 - LED_10 отображают заданную мощность вентилятора.
2 . Изменение мощности при помощи кнопок PLUS/MINUS.
3
. Установка скорости изменения мощности.
3.1. Нажать одновременно на кнопки PLUS и MINUS.
3.2. Начнет мигать светодиод LED_0. Количество включенных светодиодов мощности соответствует выбранной скорости.
3.3. Кнопками PLUS/MINUS изменить скорость.
3.4. Для выхода из режима повторно нажать одновременно на кнопки PLUS и MINUS. Светодиод LED_0 прекратит мигать.
Примечание: индикация обратная. Чем больше включенных светодиодов, тем ниже скорость изменения мощности. Скорость изменения мощности можно записать при прошивке МК в ячейку EEPROM с адресом 0x00. Число должно быть не более 10 (или 0x0A в hex-формате). Если число больше, тогда берется значение по умолчанию 5.
4 . Через ~3 сек от последнего нажатия на кнопки новые настройки запишутся в энергонезависимую память.
Регулятор, описание которого приведено в этой статье, был разработан и изготовлен по просьбе товарища - владельца грузового автомобиля ЗиЛ 5301 («Бычок»). Необходимость переделки управления скоростью вентилятора печки обусловлена тем, что штатная система отопления этого автомобиля имеет только 2 режима отопления салона - средний и максимальный. Разработанный автором регулятор имеет 5 ступеней регулировки отопления, а установленный уровень сохраняется в памяти микроконтроллера регулятора при выключении зажигания. Этот регулятор можно использовать также и для замены механических переключателей скорости вентиляторов печки с балластными резисторами других автомобилей с бортовой сетью 12 В.
Для обогрева салона в современных автомобилях в качестве теплоносителя используется охлаждающая жидкость, которая нагревается, отбирая тепловую энергию от работающего двигателя.
За передней панелью салона установлен отдельный радиатор, соединенный с системой охлаждения двигателя, к которому подведены две трубы для циркуляции теплоносителя (тосола, антифриза, или воды) в этом радиаторе. Для управления температурой на впускной трубе печки установлен краник. Расположенный за радиатором печки вентилятор гонит воздух из подкапотного пространства через радиатор в салон, куда поступает уже теплый воздух. Когда переключатель печки установлен в красной зоне, открывается краник, и нагретый теплоноситель (охлаждающая жидкость) поступает из системы охлаждения двигателя в радиатор печки в зависимости от того, в каком положении установлен этот переключатель (от «Вык.» до «Жарко»). Автолюбители знают, что краник печки недолговечен и работает не всегда надежно. Поэтому было решено регулировать температуру в салоне автомобиля, изменяя скорость вращения винта вентилятора с помощью электронного регулятора.
Принципиальная электрическая схема регулятора скорости вентилятора автомобильной печки показана на рис.1.
Регулятор собран на микроконтроллере IC2 типа фирмы Microchip в корпусе DIP-8. Назначение выводов микроконтроллера IC2 с учетом программного обеспечения приведено в таблице.
Микроконтроллер тактируется внутренним тактовым генератором (INTOSC) 4 МГц. Пита ние регулятора скорости осуществляется от замка зажигания через стабилизатор напряжения 5 В на микросхеме IC1 типа .
Устройство обеспечивает пять уровней регулировки скорости с индикацией на 5-ти светодиодах, которые управляются сигналом с вывода 5 IC2 через сдвиговый регистр IC3 типа в корпусе DIP-14. С вывода 6 IC2 на вывод 8 IC3 поступают тактовые импульсы.
В выключенном состоянии все светодиоды устройства погашены. Когда включен 1-й уровень скорости печки, горит LED1, когда включен 2-й уровень - горят светодиоды LED1 и LED2 и т.д., а когда включен 5-й уровень - горит линейка из всех 5-ти светодиодов. Регулировка скорости производится кнопками UP и DOWN. Эти кнопки дискретно изменяют длительность импульсов на выводе 7 микроконтроллера IC2 (метод ШИМ), к которому подключен ключ управления электродвигателем печки Q2 типа . Поскольку микроконтроллер PIC12F629 не имеет аппаратного ШИМ-модуля ССР (Capture/Compare/PWM - Захват/Сравнение/ШИМ), ШИМ организован программно. Чтобы избежать характерного «звучания» электродвигателя печки частота ШИМ поднята до 22 кГц.
При выключении зажигания установленный ранее уровень скорости вращения этого двигателя сохраняется в энергонезависимой памяти МК IC2. Двигатель печки через 3 с после включения зажигания включается и работает на той скорости, уровень которой был сохранен в памяти МК. Так как в кабине автомобиля ЗиЛ 5301 достаточно шумно, то для звуковой сигнализации нажатия кнопок использован пятивольтовый электромагнитный зуммер (Magnetic Buzzer) SP1 типа KX-1205, который включается ключом на полевом транзисторе Q1 типа BS170 командой с вывода 2 IC2.
Устройство собрано на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 50х46 мм (см. фото в начале статьи). Чертеж печатной платы показан на рис.2, а расположение деталей - на этой плате на рис.3.
Программа для микроконтроллера написана на языке ассемблера. Файл исходного текста программы, файл прошивки, файлы для программы Proteus, а также чертежи печатных плат в формате программы Eagle размещены для скачивания по сылке.