SAM – перший в світі “віртуальний політик”, створений на основі штучного інтелекту
28 Листопада , 2017
У NASA пройшли випробування надзвукового марсіанського парашута
28 Листопада , 2017

Батареї з графену можуть генерувати енергію

Довгий час графен вважався «нереальним» матеріалом. Незважаючи на те, що деякі теоретики пророкували можливість відділення найтоншого шару атомів вуглецю від графіту ще з середини минулого століття, отримати на практиці двовимірний матеріал змогли лише в 2004 році. Це зробили фізики з Манчестерського університету, яким за відкриття була присуджена Нобелівська премія. Однак з’явилась інша проблема: двовимірні матеріали порушують закони фізики, які передбачають, що без спеціальної підкладки вони розпадуться або розплавляться навіть при температурі близькій до абсолютного нуля. Фізики повинні були знайти лазівку, щоб пояснити їх існування.

Такою лазівкою виявилось явище, відоме як броунівський рух – процес, при якому спостерігаються невеликі випадкові флуктуації (коливання) атомів вуглецю. Вони змушують матеріал пульсувати в трьох вимірах, подібно хвилям, що рухаються по поверхні океану. Таким чином, рухи, що виходять за межі плоскої поверхні, дозволили графену комфортно перебувати в рамках законів фізики.

З тих пір, як Роберт Браун відкрив «броунівський рух» в 1827 році, вчені не переставали задаватись питанням, чи зможуть вони задіяти це явище в якості джерела енергії. Дослідження Пола Тібадо, професора фізики з Університету Арканзасу, переконливо доводять, що рух на поверхні графену дійсно може бути використаний як джерело чистої і безмежної енергії.

Щоб вивчити цей феномен, Тібадо і його аспіранти розташували шар графену на мідній сітці, яка виконувала роль підмостку. Це дозволило графену вільно переміщатись в місцях, де він покривав кожен маленький отвір в сітці. Потім вони використовували скануючий тунельний мікроскоп для спостереження за рухом.

Physics professor Paul Thibado

Проаналізувавши дані, вчені виявили два різних явища: невеликий броунівський рух і більші скоординовані рухи. У випадку з останніми, коливання поширювались зверху вниз, подібно багаторазово вигнутому листу металу. Ця модель вже відома в науці і носить назву «Польоти Леві», проте в неорганічній системі атомного масштабу була отримана вперше. Результати роботи команди Тібадо були опубліковані в журналі Physical Review Letters.

Інші дослідники також припускали, що інверсія кривизни в графені може бути використана в якості джерела енергії і навіть пророкували кількість енергії, яку вона може створити. Але на відміну від них, відкриття Тібадо показує, що графен створює природні коливання, при яких атоми вібрують у відповідь на температуру навколишнього середовища.

«Це ключ до використання рухів у 2D-матеріалах в якості джерела енергії, – сказав Тібадо. – Це означає, що їх енергія може бути зібрана з застосуванням існуючих нанотехнологій».

В результаті вчені створили пристрій, який може перетворити цю енергію в електрику, з потенціалом застосування в багатьох сферах науки і техніки. Зараз Тібадо патентує свій винахід – збирач вібраційної енергії, що отримав назву Vibration Energy Harvester (VEH).

Цей девайс складається з негативно зарядженого листа графену, розміщеного між двома металевими електродами. Коли графен згинається хвилею в одному напрямку, він викликає позитивний заряд в правому електроді, а коли в іншому – він заряджає нижній електрод, створюючи змінний струм.

 

Графенові елементи в лабораторії Тібадо мають близько десяти мікрон в діаметрі, вони настільки крихітні, що на шпильковій голівці їх може поміститись більше 20000 штук. Кожна пульсація графену, зачіпає ділянку 10х10 нанометрів і може видати лише 10 піковат потужності. В результаті одна мікромембрана могла б виробити достатньо енергії для живлення наручного годинника, який би ніколи не вимагав підзарядки.

Для створення мініатюрних електричних генераторів вчені мають намір експериментувати, крім графену, і з іншими двовимірними матеріалами. Вони з’ясували, що VEH працює ефективніше, якщо активний матеріал не є провідником.

На думку дослідників, такі пристрої дозволять будь-якому об’єкту відправляти, отримувати, обробляти і зберігати інформацію, витрачаючи на це лише енергію тепла в приміщенні. Це значно розширить можливості цифрового світу та Інтернету Речей. Самозарядне мікроскопічне джерело енергії також допоможе створювати більш складні біомедичні пристрої, такі як темпери, слухові апарати і різного роду датчики.

Джерело

LEU
LEU

Залишити відповідь

Увійти за допомогою: