Naukowcy stworzyli obwód czerpiący energię z grafenu. Wcześniej wydawało się to niemożliwe
Paul Thibado/Uniwersytet w Arkansas

Naukowcy stworzyli obwód czerpiący energię z grafenu. Wcześniej wydawało się to niemożliwe

  • Dodał: Damian Olszewski
  • Data publikacji: 01.04.2022, 18:56

Zespołowi fizyków z Uniwersytetu w Arkansas udało się opracować obwód zdolny do rejestrowania ruchu termicznego grafenu i przekształcania go w prąd elektryczny.

 

- Obwód gromadzący energię oparty na grafenie może zostać włączony do chipa, aby zapewnić czystą, nieograniczoną, niskonapięciową moc dla małych urządzeń lub czujników - powiedział Paul Thibado, profesor fizyki i główny badacz eksperymentu.

 

Wyniki badania zostały opublikowane w czasopiśmie Physical Review E w artykule zatytułowanym Prąd wywołany fluktuacją z wolnostojącego grafenu. Zespół tym samym potwierdził własną teorię opracowaną trzy lata wcześniej.

 

Pomysł pozyskiwania energii z grafenu jest kontrowersyjny, ponieważ obala znane twierdzenie słynnego fizyka Richarda Feynmana, że chaotyczny ​​ruch termiczny atomów, znany jako ruch Browna, nie może służyć do pozyskania energii elektrycznej. Zespół Thibado odkrył, że w temperaturze pokojowej ruch termiczny grafenu w rzeczywistości indukuje prąd zmienny w obwodzie, co wcześniej uważane było za niemożliwe.

 

Grupa naukowców z Arkansas, tworząc układ posłużyła się pochodzącymi z lat 50. badaniami fizyka Léona Brillouina, który wykazał, że wykorzystanie w obwodzie pojedynczej diody, służącej jako jednokierunkowa bramka elektryczna, nie pozwala na pozyskiwanie energii z ruchu Browna. Wiedząc o tym, zespół Thibado zbudowała swój obwód z dwóch diod do zamiany prądu przemiennego na prąd stały.

 

Zastosowanie przeciwstawnych diod umożliwiających przepływ prądu w obie strony zapewniło oddzielenie ścieżki w obwodzie. W ten sposób naukowcom udało się wytworzyć pulsujący prąd stały, działający na rezystorze obciążającym.

 

Dodatkowo odkryli, że ich konstrukcja zwiększyła ilość dostarczanej mocy. - Odkryliśmy również, że włączanie i wyłączanie, podobne do przełączników, faktycznie wzmacnia dostarczaną moc, zamiast ją zmniejszać, jak wcześniej sądzono - powiedział Thibado. - Tempo zmiany rezystancji zapewnianej przez diody dodaje dodatkowy czynnik do mocy - dodał.

 

Zespół wykorzystał stosunkowo nową dziedzinę fizyki, aby udowodnić, że diody zwiększyły moc obwodu. - Dowodząc zwiększenia mocy, czerpiemy z wyłaniającego się pola termodynamiki stochastycznej i rozszerzając prawie stuletnią, słynną teorię Nyquista - wyjaśnia współautor i profesor fizyki Pradeep Kumar.  

 

Według Kumara układ i zawarty w nim grafen tworzą symbiotyczną więź. Wyjątkowość tej więzi polega na tym, że podczas pracy grafen i obwód mają tę samą temperaturę, a ciepło nie przepływa między nimi.

 

- Oznacza to, że druga zasada termodynamiki nie jest naruszona i nie ma potrzeby twierdzić, że „Demon Maxwella” oddziela gorące i zimne elektrony - tłumaczyThibado.

 

Zespół odkrył również, że stosunkowo powolny ruch grafenu indukuje prąd w obwodzie o niskich częstotliwościach, co jest ważne z technologicznego punktu widzenia, ponieważ elektronika działa wydajniej przy niższych częstotliwościach.

 

- Ludzie mogą myśleć, że prąd płynący w rezystorze powoduje jego nagrzewanie, ale prąd Browna nie. W rzeczywistości, gdyby nie płynął prąd, rezystor ostygnie - mówiThibado. - To, co zrobiliśmy, to przekierowanie prądu w obwodzie i przekształcenie go w coś użytecznego.

 

Kolejnym celem zespołu jest ustalenie, czy prąd stały można przechowywać w kondensatorze do późniejszego wykorzystania, co będzie wymagało miniaturyzacji obwodu i naniesienia go na płytkę krzemową lub chip. Miliony takich maleńkich obwodów osadzonych w chipie o wymiarach 1 na 1 milimetr mogłyby posłużyć jako bateria o niskim poborze mocy.

 

Źródło: www.thebrighterside.news