Физики создали схему, которая генерирует энергию из графена

3 637

Группа физиков из Университета Арканзаса успешно разработала схему, способную улавливать тепловое движение графена и преобразовывать его в электрический ток.

«Схема сбора энергии на основе графена может быть встроена в микросхему, чтобы обеспечить чистую, безграничную низковольтную энергию для небольших устройств или датчиков», — сказал Пол Тибадо, профессор физики и ведущий исследователь этого открытия.

Результаты, опубликованные в журнале Physical Review E, являются доказательством теории, разработанной физиками Университета Арканзаса три года назад, о том, что отдельно стоящий графен — единственный слой атомов углерода — колеблется и изгибается таким образом, что дает надеждe на получение энергии.

Идея сбора энергии из графена является спорной, поскольку она опровергает известное утверждение физика Ричарда Фейнмана о том, что тепловое движение атомов, известное как броуновское движение, не может выполнять работу. Команда Пола Тибадо обнаружила, что при комнатной температуре тепловое движение графена на самом деле вызывает в цепи переменный ток (AC), что казалось невозможным.

В 1950-х годах физик Леон Бриллюэн опубликовал знаменательную статью, опровергающую идею о том, что добавление к схеме одного диода, одностороннего электрического затвора, является решением для сбора энергии из броуновского движения. Зная это, группа Тибадо построила свою схему с двумя диодами для преобразования переменного тока в постоянный (DC). Когда диоды расположены напротив друг друга, позволяя току течь в обе стороны, они обеспечивают отдельные пути через схему, создавая импульсный постоянный ток, который выполняет работу на нагрузочном резисторе.

Смотрите также  Новые исследования проливают свет на нейтрино-ядерные взаимодействия

Кроме того, они обнаружили, что их конструкция увеличила количество передаваемой мощности. «Мы также обнаружили, что поведение диодов при включении-выключении и переключении на самом деле усиливает подаваемую мощность, а не снижает ее, как считалось ранее», — сказал Тибадо. «Скорость изменения сопротивления, обеспечиваемого диодами, добавляет дополнительный фактор к мощности».

Ученые использовали относительно новую область физики, чтобы доказать, что диоды увеличивают мощность схемы. «В доказательстве этого увеличения мощности мы опирались на зарождающуюся область стохастической термодинамики и расширили знаменитую теорию Найквиста почти столетней давности», — сказал соавтор работы Прадип Кумар.

По словам Кумара, и схема связаны симбиотическими отношениями. Хотя тепловая среда выполняет работу с нагрузочным резистором, графен и схема имеют одинаковую температуру, и тепло между ними не течет.

Это важное различие, потому что разница температур между графеном и схемой в цепи, производящей энергию, противоречила бы второму закону термодинамики. «Это означает, что второй закон термодинамики не нарушается, и нет необходимости утверждать, что «демон Максвелла» разделяет горячие и холодные электроны», — сказал Тибадо.

Ученые также обнаружили, что относительно медленное движение графена индуцирует ток в цепи на низких частотах, что важно с технологической точки зрения, поскольку электроника работает более эффективно на более низких частотах.

«Люди могут думать, что ток, протекающий в резисторе, вызывает его нагрев, но броуновский ток — нет. На самом деле, если бы ток не протекал, резистор остыл», — пояснил Тибадо. «Что мы сделали, так это перенаправили ток в цепи и преобразовали его во что-то полезное».

Смотрите также  Новый рекорд эффективности приближает гибкие солнечные элементы к производству

Следующая цель исследователей — определить, можно ли хранить постоянный ток в конденсаторе для последующего использования. Эта цель требует миниатюризации схемы и нанесения ее на кремниевую пластину или чип. Если бы миллионы этих крошечных схем могли быть построены на микросхеме размером 1 на 1 миллиметр, они могли бы служить заменой маломощной батареи.

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
3 Комментарий
Первые
Последние Популярные
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Front
Front
Гость
1 год назад

Прекрасное открытие..

Владимир
Владимир
Гость
9 месяцев назад

Возможно ли получить точную ссылку на первоначальный источник информации, желательно на Physical Review E год и месяц публикации.

ab-news
Администратор
Ответить на  Владимир
9 месяцев назад
3
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x