Cercetătorii au valorificat mișcarea atomică a grafenului pentru a genera un curent electric care ar putea duce la un cip care să înlocuiască bateriile.

O echipă de fizicieni ai Universității din Arkansas a dezvoltat cu succes un circuit capabil să capteze mișcarea termică a grafenului și să-l transforme într-un curent electric.

generează

„Un circuit de recoltare a energiei bazat pe grafen ar putea fi încorporat într-un cip pentru a furniza energie curată, nelimitată, de joasă tensiune pentru dispozitive mici sau senzori”, a declarat Paul Thibado, profesor de fizică și cercetător principal la descoperire.

Descoperirile, publicate în revista Physical Review E, sunt dovada unei teorii pe care fizicienii au dezvoltat-o ​​în U de acum trei ani, potrivit căreia grafenul de sine stătător - un singur strat de atomi de carbon - onduleuri și catarame într-un mod care promite recoltarea energiei.

Ideea recoltării energiei din grafen este controversată deoarece respinge afirmația bine cunoscută a fizicianului Richard Feynman conform căreia mișcarea termică a atomilor, cunoscută sub numele de mișcare browniană, nu poate funcționa. Echipa lui Thibado a constatat că la temperatura camerei mișcarea termică a grafenului induce de fapt un curent alternativ (AC) într-un circuit, o realizare considerată imposibilă.

În anii 1950, fizicianul Leon Brillouin a publicat o lucrare de referință care respinge ideea că adăugarea unei singure diode, o poartă electrică unidirecțională la un circuit este soluția pentru recoltarea energiei din mișcarea browniană. Știind acest lucru, grupul lui Thibado și-a construit circuitul cu două diode pentru convertirea AC într-un curent continuu (DC). Cu diodele în opoziție care permit curentului să curgă în ambele sensuri, acestea asigură căi separate prin circuit, producând un curent continuu pulsatoriu care efectuează lucrări pe un rezistor de sarcină.

În plus, au descoperit că designul lor crește cantitatea de energie livrată. "Am constatat, de asemenea, că comportamentul pornit-oprit, de tip comutator, al diodelor amplifică de fapt puterea furnizată, mai degrabă decât să o reducă, așa cum se credea anterior", a spus Thibado. "Rata de schimbare a rezistenței oferită de diode adaugă un factor suplimentar puterii."

Echipa a folosit un domeniu relativ nou al fizicii pentru a demonstra că diodele au crescut puterea circuitului. „Pentru a demonstra această creștere a puterii, am extras din câmpul emergent al termodinamicii stochastice și am extins teoria celebrată de Nyquist, veche de aproape un secol”, a spus coautorul Pradeep Kumar, profesor asociat de fizică și coautor.

Potrivit lui Kumar, grafenul și circuitul împărtășesc o relație simbiotică. Deși mediul termic efectuează lucrări pe rezistorul de sarcină, grafenul și circuitul sunt la aceeași temperatură și căldura nu curge între cele două.

Aceasta este o distincție importantă, a spus Thibado, deoarece o diferență de temperatură între grafen și circuit, într-un circuit care produce putere, ar contrazice a doua lege a termodinamicii. „Aceasta înseamnă că a doua lege a termodinamicii nu este încălcată și nici nu este nevoie să susțină că„ Demonul lui Maxwell ”separă electronii calzi și reci”, a spus Thibado.

Echipa a mai descoperit că mișcarea relativ lentă a grafenului induce curent în circuit la frecvențe joase, ceea ce este important din punct de vedere tehnologic, deoarece electronica funcționează mai eficient la frecvențe mai mici.

"Oamenii ar putea crede că curentul care curge într-un rezistor îl determină să se încălzească, dar curentul brownian nu. De fapt, dacă nu curgea curent, rezistorul s-ar răci", a explicat Thibado. „Ceea ce am făcut a fost să redirecționăm curentul din circuit și să-l transformăm în ceva util”.

Următorul obiectiv al echipei este de a determina dacă curentul continuu poate fi stocat într-un condensator pentru o utilizare ulterioară, un obiectiv care necesită miniaturizarea circuitului și modelarea acestuia pe o placă de siliciu sau cip. Dacă milioane din aceste mici circuite ar putea fi construite pe un cip de 1 milimetru cu 1 milimetru, acestea ar putea servi ca înlocuire a bateriei de consum redus.