Молекулярная электроника

В ночь с 12 на 13 июня 1944 г. немецкие дальнобойные артиллерийские батареи открыли по английскому побережью сильный и продолжительный огонь. Через несколько минут после окончания обстрела наблюдатели на постах противовоздушной обороны заметили странные самолеты, летевшие через Ла-Манш. Они издавали звук, не похожий на звук обычных самолетов, из их хвостовой части вырывалось пламя. Это были снаряды Фау-1, а через три месяца над Лондоном раздался мощный гул, напоминающий раскаты грома, и на город упала первая баллистическая ракета Фау-2.

Всего на территории Лондона взорвалось около двух с половиной тысяч снарядов Фау-1 и Фау-2. Они разрушили несколько тысяч домов, а потери гражданского населения превысили 43 тысячи человек убитыми и ранеными. «Эта новая форма атаки возложила на жителей Лондона бремя; пожалуй, еще более тяжелое, чем воздушные налеты 1940 и 1941 гг., — писал потом Черчилль. — Состояние неизвестности и напряженности становилось более сильным. Ни наступление дня, ни облачность не приносили утешения... Слепая сила этого снаряда внушала человеку чувство беспомощности».

Для управления дальностью полета ракеты применялись интеграторы, работа которых была основана на законах электролиза. Так фашисты использовали научное открытие Фарадея против его соотечественников.

Способность приборов интегрировать входной электрический сигнал по времени вытекает из известного закона: масса образовавшегося или растворившегося вещества на электроде пропорциональна силе тока и времени его прохождения. Электрохимические интеграторы имеют относительно небольшую массу и габариты; они обладают значительным объемом памяти, а диапазон времени интегрирования может быть доведен до нескольких лет. Погрешность работы при этом не превысит нескольких процентов.

Рассмотрим, например, ртутный интегратор. Это стеклянный капилляр, заполненный двумя столбиками ртути, которые разделены зазором электролита на основе солей ртути. При прохождении тока на ртутном аноде ртуть растворяется и осаждается на катоде. Это проявляется как продвижение зазора электролита в сторону анода. Величина продвижения зазора, которую можно либо регистрировать визуально на шкалах, расположенных вдоль капилляра, либо фотографировать, в соответствии с законами Фарадея пропорциональна количеству прошедшего электричества, а в случае постоянного стабилизированного тока — времени работы устройства.

Ртутные интеграторы используются в счетчиках времени наработки радиоэлектронной аппаратуры, отдельных узлов и блоков, механизмов и устройств. Пределы измерения достаточно высоки — от 1000 до 5000 часов. Применяют их и в счетчиках для определения емкости химических источников тока и зарядного состояния аккумуляторов, приборов контроля блуждающих токов и интегральных доз облучения, в биологических исследованиях, для контроля за состоянием батарей энергопитания на космических кораблях.

Дискретные хлор-серебряные интеграторы, имеющие вид малогабаритных радиоламп (они-то и работали на Фау-1), дают в зависимости от тока временные интервалы от нескольких секунд до нескольких недель. Сегодня они применяются на дозиметрических приборах, в анализаторах, реле времени.

В самонастраивающихся автоматических системах типа персептронов, распознающих образы в форме печатного или рукописного текста, рисунка, человеческого голоса, работают мемисторы — электрические управляемые сопротивления на медной основе. Сопротивление одного из электродов, сделанного в виде пленки, изменяется посредством нанесения или снятия меди при электролизе.

При изменении скорости движения электролита у электродов меняется величина диффузионного тока. Это явление положено в основу электрохимических датчиков с высоким порогом чувствительности — датчиков давления, датчиков уровня звуковых и других сигналов, угловых акселерометров, тахометров.

Среди устройств индикаторной техники индикаторы на жидких кристаллах, применяемые в часах, калькуляторах и других приборах, более экономичны, компактны и надежны по сравнению с электронно-лучевыми трубками. Но их использование ограничено малым температурным диапазоном и небольшим углом зрения. В последнее время инженеры проявляют большой интерес к электрохимическим индикаторам информации. Возбужденные зоны в таких приборах поглощают свет, а не рассеивают его, как в жидкокристаллических, отчего изображение под углом не искажается.

Электрохимические индикаторы обладают памятью, то есть хранят записанную информацию до тех пор, пока она не будет стерта или заменена новой. Наконец, электрохимические индикаторы не вызывают радиопомех, они малочувствительны к электромагнитным и электрическим полям.

Принципы их действия основаны на самых различных электрохимических процессах, сопровождаемых электрооптическими эффектами: тут и электроосаждение металлов, и электрохимическое выращивание интерференционных пленок, когда реализуемый цвет определяется толщиной пленки окисла на металле, и изменение окраски при электрохимическом окислении или восстановлении ионов металла с переменной валентностью, и изменение окраски раствора органического вещества в результате электрохимического восстановления или окисления другого вещества, тоже находящегося в растворе.

Используются в приборах и электрокинетические явления. Акселерометры, например, основаны на известном нам электроосмосе, а некоторые дисплеи — входные устройства отображения информации, с которыми мы встречаемся ежедневно, глядя на электронные часы, спортивные табло или светящиеся рекламы, — на электрофорезе. В дисплее заряженные частицы белого пигмента переносятся под действием электрического поля в окрашенной жидкой неводной среде и фиксируются на прозрачном электроде, который после этого выглядит белым на темном фоне окружающей жидкости. Недалеко то время, когда электрохимические индикаторы будут использоваться в качестве цветных телевизионных и дисплейных экранов.

Разработкой и теорией построения электрохимических преобразователей информации занимается новая область науки и техники — молекулярная электроника.