Zinātnieki ir spējuši iegūt enerģiju no grafēna termiskās kustības istabas temperatūrā, potenciāli dodot mums tīru, neierobežotas enerģijas avotu, ko varētu izmantot mazās ierīcēs.
Šī pieeja gudri izmanto gan nanometra lieluma viļņošanos, gan grafēnā atrodamo Brauna kustību, radot elektrisko strāvu, kuru varētu izmantot dažādos veidos.
“Enerģijas ieguves ķēde, kuras pamatā ir grafēns, varētu tikt iekļauta mikroshēmā, lai nodrošinātu tīru, neierobežotu zema sprieguma strāvu mazām ierīcēm vai sensoriem,” saka fiziķis Pols Tibado no Arkanzasas universitātes.
Pētījums balstās uz iepriekšējiem tās pašas laboratorijas darbiem, kuros tika parādīts, ka brīvstāvošs grafēns viļņojas un mainās tādā veidā, lai to varētu iegūt enerģijas ražošanai.
“Šo nanometru lieluma viļņošanās izcelsme joprojām ir atklāts jautājums,” komanda raksta savā pētījumā, norādot, ka grafēna viļņošanās, šķiet, izriet no subatomāro daļiņu mijiedarbības materiālā.
Divu diožu izmantošana
Būtiska sistēmas izstrādes sastāvdaļa bija divu diožu izmantošana ķēdē, lai sākotnējo maiņstrāvu (AC) pārveidotu par līdzstrāvu (DC). Tas ļāva strāvai ķēdē plūst abos virzienos pa atsevišķiem ceļiem.
Rezultātā tika iegūta pulsējoša līdzstrāva, kas var strādāt ar slodzes rezistoru un potenciāli uzlādēt mazas elektroniskas ierīces. Vēl viens atklājums bija tāds, ka sistēmas divu diožu dizains palīdzēja palielināt piegādātās enerģijas daudzumu.
“Mēs arī noskaidrojām, ka diožu ieslēgšanās-izslēgšanās, slēdzim līdzīgā uzvedība, faktiski pastiprina piegādāto jaudu, nevis samazina to, kā tika domāts iepriekš,” saka Tibado.
“Pretestības izmaiņu ātrums, ko nodrošina diodes, jaudai pievieno papildu faktoru.”
Pētījums parāda simbiotisku iestatījumu starp grafēnu un ķēdi, kas ļauj izvairīties no konflikta ar otro termodinamikas likumu, uzturot vienu vienādu temperatūru, lai siltums netiktu pārnests. Citiem vārdiem sakot, rezistorā plūstošā strāva to nesilda.
Šī pētījuma daļa daudz pieskaras stohastiskās termodinamikas tēmai. Tā ir salīdzinoši jauna pētījumu joma, kurā tiek aplūkots, kā mijiedarbojas makro un mikro sistēmas, kad runa ir par enerģijas un siltuma mijiedarbību.
Grafēna lēna kustība nozīmē, ka strāva ķēdē tiek inducēta zemās frekvencēs, un tas ir svarīgs faktors efektivitātei.
Nākamais izaicinājums būs noskaidrot, kā sistēmu varētu izvietot un izmantot praktiskā veidā. Vispirms jānoskaidro, vai enerģiju var uzglabāt kondensatorā vēlākai izmantošanai.
Kaut arī brīvi stāvoša grafēna saražotā enerģija, visticamāk, būs diezgan maza, tā kādu dienu varētu aizstāt mazjaudas akumulatorus. Svarīgi ir tas, ka tos nevajadzētu uzlādēt vai nomainīt. Viss, kas mūs ved uz tīras, atjaunojamas enerģijas nākotni, vienmēr ir apsveicams notikums, lai cik mazs tas būtu.
Pētījums ir publicēts Physical Review E.