RW Space

Ученые смогли получить энергию из теплового движения графена при комнатной температуре, что потенциально может дать нам чистый источник безграничной энергии для небольших устройств.

Этот подход использует как рябь нанометрового размера, так и броуновское движение — случайное движение частиц — обнаруженное в графене, создавая электрический ток, который можно использовать в различных целях.

«Схема сбора энергии на основе графена может быть встроена в микросхему, чтобы обеспечить чистое, безграничное низковольтное питание для небольших устройств или датчиков», — говорит физик Пол Тибадо из Университета Арканзаса.

Исследование основано на предыдущей работе той же лаборатории, в которой было показано, что отдельно стоящий графен колеблется и изгибается таким образом, что его можно использовать для получения энергии.

«Происхождение этой ряби нанометрового размера все еще остается открытым вопросом», — пишет команда в своем исследовании, отмечая, что рябь графена, похоже, возникает из-за взаимодействия субатомных частиц в материале.

Важнейшей частью разработки их системы было использование двух диодов в цепи для преобразования исходного переменного тока в постоянный ток. Это позволяло току проходить через цепь в обоих направлениях, по разным путям.

В результате возникает пульсирующий постоянный ток, который может работать с нагрузочным резистором и потенциально питать небольшие электронные устройства. Другой вывод заключался в том, что конструкция системы с двумя диодами помогла увеличить мощность передаваемой энергии.

«Мы также обнаружили, что поведение диодов при включении-выключении и переключении на самом деле усиливает подаваемую мощность, а не снижает ее, как считалось ранее», — говорит Тибадо.

«Скорость изменения сопротивления, обеспечиваемого диодами, добавляет дополнительный фактор к мощности».

Исследования показывают, что между графеном и цепью существует симбиотическая связь, которая позволяет избежать конфликта со вторым законом термодинамики, поддерживая одну однородную температуру, чтобы тепло не передавалось. Другими словами, ток, протекающий в резисторе, не нагревает его.

Эта часть исследования во многом обязана стохастической термодинамике, относительно новой области исследований, изучающей, как макро и микро взаимодействуют в системах, когда дело доходит до взаимодействия энергии и тепла.

Медленное движение графена означает, что в цепи индуцируется ток на низких частотах, и это важно для эффективности.

Следующая задача будет заключаться в том, чтобы решить, как систему можно развернуть и использовать на практике — во-первых, выяснив, можно ли сохранить энергию в конденсаторе для последующего использования.

Хотя энергия, производимая автономным графеном, будет довольно низкой, однажды она может стать заменой маломощным батареям — и не потребуется перезарядка или замена. Все, что ведет нас к чистому будущему с использованием возобновляемых источников энергии, всегда приветствуется, независимо от того, насколько оно мало.

Исследование опубликовано в Physical Review E.