Фізики будують схему, яка генерує чисту, безмежну енергію з графену

Дослідники використали атомний рух графена, щоб генерувати електричний струм, який може призвести до мікросхеми для заміни батарей.

Команда фізиків Університету Арканзасу успішно розробила схему, здатну фіксувати тепловий рух графена і перетворювати його в електричний струм.

"Схема збору енергії на основі графена може бути інтегрована в мікросхему, щоб забезпечити чисте, безмежне низьковольтне живлення для невеликих пристроїв або датчиків", - сказав Пол Тібадо, професор фізики та провідний дослідник у відкритті.

Отримані дані, опубліковані в журналі Physical Review E, є доказом теорії, яку фізики розробили в університеті А три роки тому, що окремо стоячий графен - один шар атомів вуглецю - брижі і пряжки таким чином, що обіцяє збирання енергії.

Ідея отримання енергії з графену є суперечливою, оскільки вона спростовує відоме твердження фізика Річарда Фейнмана про те, що тепловий рух атомів, відомий як броунівський рух, не може працювати. Команда Тібадо виявила, що при кімнатній температурі тепловий рух графена насправді індукує змінний струм (змінний струм) в ланцюзі, що є неможливим досягненням.

У 1950-х роках фізик Леон Бриллюен опублікував визначний документ, спростовуючи ідею про те, що додавання в ланцюг єдиного діода, одностороннього електричного затвора, є рішенням для отримання енергії від броунівського руху. Знаючи це, група Тібадо побудувала свою схему з двома діодами для перетворення змінного струму в постійний струм (постійний струм). Оскільки діоди в опозиції дозволяють струму протікати в обидві сторони, вони забезпечують окремі шляхи через ланцюг, виробляючи пульсуючий струм постійного струму, який виконує роботу на навантажувальному резисторі.

Крім того, вони виявили, що їх конструкція збільшила кількість поданої енергії. "Ми також виявили, що ввімкнена/вимкнена поведінка діодів насправді посилює подану потужність, а не зменшує її, як вважалося раніше", - сказав Тібадо. "Швидкість зміни опору, яку забезпечують діоди, додає додатковий коефіцієнт потужності".

Команда використала відносно нову область фізики, щоб довести, що діоди збільшують потужність схеми. "Доказуючи це посилення потужності, ми взяли за основу нову область стохастичної термодинаміки і розширили майже столітню, відому теорію Найквіста", - сказав співавтор Прадіп Кумар, доцент фізики та співавтор.

За словами Кумара, графен і ланцюг мають спільні симбіотичні стосунки. Незважаючи на те, що теплове середовище виконує роботу на навантажувальному резисторі, графен і контур мають однакову температуру, і тепло не протікає між ними.

Це важлива відмінність, сказав Тібадо, оскільки різниця температур між графеном і ланцюгом у ланцюзі, що виробляє потужність, суперечила б другому закону термодинаміки. "Це означає, що другий закон термодинаміки не порушується, і немає потреби аргументувати, що" Демон Максвелла "розділяє гарячі та холодні електрони", - сказав Тібадо.

Команда також виявила, що відносно повільний рух графену індукує струм в ланцюзі на низьких частотах, що важливо з технологічної точки зору, оскільки електроніка функціонує ефективніше на нижчих частотах.

"Люди можуть думати, що струм, що протікає в резисторі, призводить до його нагрівання, але броунівський струм цього не робить. Насправді, якби струм не протікав, резистор охолоджувався", - пояснив Тібадо. "Те, що ми зробили, було перенаправити струм в схему і перетворити його на щось корисне".

Наступна мета команди - визначити, чи можна постійний струм зберігати в конденсаторі для подальшого використання - мета, яка вимагає мініатюризації схеми та формування її на кремнієвій пластині або мікросхемі. Якби мільйони цих крихітних схем можна було побудувати на мікросхемі розміром 1 міліметр на 1 міліметр, вони могли б послужити заміною батареї з низьким енергоспоживанням.