Pienenergian keruuta grafeenin värähtelystä

Hyödyllisen työn saaminen satunnaisista vaihteluista lämpötasapainossa olevassa järjestelmässä on pitkään pidetty mahdottomana. Itse asiassa 1960-luvulla maineikas amerikkalainen fyysikko Richard Feynman sulki tehokkaasti lisätutkimukset, kun hän väitti luentosarjassa, että Brownin liike tai atomien lämpöliike ei voi tehdä hyödyllistä työtä.

Nyt uusi tutkimus, jonka otsikko on "Kondensaattorien varaaminen lämpövaihteluista diodien avulla", on osoittanut, että Feynman jätti huomiotta jotain tärkeää.

Arkansasin yliopiston Paul Thibadon mukaan heidän tutkimuksensa todistaa tiukasti, että vapaasti seisovan grafeenin lämpövaihtelut, kun ne liitetään piiriin, jossa on epälineaariset resistanssit omaavia diodeja sekä varastokondensaattorit, tuottavat hyödyllistä työtä.

Tutkijat havaitsivat, että kun varastokondensaattorien alkuvaraus on nolla, piiri ottaa tehoa lämpöympäristöstä niiden varaamiseksi. Sitten ryhmä osoitti, että järjestelmä täyttää sekä ensimmäisen että toisen termodynamiikan lain koko varausprosessin ajan.

Tämä uusin julkaisu perustuu kahteen ryhmän aikaisempiin tutkimuksiin aiheesta. Tämä uusin tutkimus etenee entisestään luomalla matemaattisesti suunnittelun piirille, joka pystyy keräämään energiaa maan lämmöstä ja varastoimaan sen kondensaattoreihin myöhempää käyttöä varten.

"Teoriassa tämä oli se, mitä päätimme todistaa", Thibado selitti. ”On olemassa hyvin tunnettuja energialähteitä, kuten kineettinen, aurinko, ympäristön säteily, akustinen ja lämpögradientti. Nyt on myös epälineaarista lämpötehoa. Yleensä ihmiset kuvittelevat, että lämpövoima vaatii lämpötilagradientin. Se on tietysti tärkeä käytännön voiman lähde, mutta löysimme uuden voimanlähteen, jota ei ole koskaan ennen ollut. Ja tämä uusi teho ei vaadi kahta eri lämpötilaa, koska se on olemassa yhdessä lämpötilassa.

Thibadon nykyiset ponnistelunsa tämän tekniikan kehittämiseksi keskittyvät Graphene Energy Harvesterin (GEH) rakentamiseksi. GEH hyödyntää negatiivisesti varautunutta grafeenilevyä, joka on ripustettu kahden metallielektrodin väliin. Kun grafeeni kääntyy ylös, se indusoi positiivisen varauksen yläelektrodissa. Kun se kääntyy alas, se varaa positiivisesti pohjaelektrodin luoden vaihtovirran. Kun diodit on johdotettu vastakkain, jolloin virta kulkee molempiin suuntiin, piirin läpi kulkee erilliset reitit, jotka tuottavat sykkivän tasavirran, joka toimii kuormitusvastuksessa.

NTS Innovations, nanoteknologiaan erikoistunut yritys, omistaa yksinoikeuden kehittää GEH:tä kaupallisiksi tuotteiksi. Koska GEH-piirit ovat niin pieniä, kooltaan vain nanometrejä, ne sopivat ihanteellisesti massakopiointiin piisiruilla.

Aiheesta aiemmin:

Nanoteknistä pienenergian keruuta

Lasertekniikalla grafeenia hyötykäyttöön