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

«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 А три года назад, согласно которой отдельно стоящий графен - единственный слой атомов углерода - колеблется и изгибается таким образом, что это обещает сбор энергии.

Идея получения энергии из графена спорна, потому что она опровергает известное утверждение физика Ричарда Фейнмана о том, что тепловое движение атомов, известное как броуновское движение, не может работать. Команда 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 в схему 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.

Вдобавок 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».

Команда использовала относительно новую область физики, чтобы доказать, что диоды увеличивают мощность схемы. «При доказательстве этого увеличения мощности мы опирались на зарождающуюся область стохастической термодинамики и расширяли знаменитую теорию Найквиста почти столетней давности», - сказал соавтор Прадип Кумар, доцент физики и соавтор.

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

Команда также обнаружила, 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».

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

Видео: https://www.youtube.com/watch?v=KiLTEjm8zLw&feature=emb_logo

Университет Арканзаса имеет несколько заявленных патентов на эту технологию в США и на международном рынке и лицензировал ее для коммерческого применения через подразделение Technology Ventures университета. Исследователи Сурендра Сингх, профессор физики университета; ; Хью Черчилль, доцент физики; Джефф Дикс, доцент кафедры инженерии, внес свой вклад в работу, которая финансировалась Канцлерским фондом коммерциализации при поддержке Благотворительного фонда поддержки семьи Уолтонов.