Бесконечный источник энергии — тепловые колебания атомов

Группа физиков из Университета Арканзаса успешно разработала схемы, способные улавливать тепловое броуновское движение в графене и преобразовывать его в электрический ток. Схема сбора энергии на основе графена может быть встроена в микросхему, чтобы обеспечить чистую, безграничную низковольтную мощность для небольших устройств или датчиков Исследователи из Университета Арканзаса наткнулись на новые возможности использования графена, когда решили изучить его врожденные движения с помощью сканирующего туннельного микроскопа. В случае листа графена атомы колеблются под влиянием тепла, то есть тепловых фотонов.   Это движение можно использовать в качестве источника энергии с помощью устройства, которое исследователи назвали «Сборщик энергии вибрации» (VEH).    

Система начинается с листа отрицательно заряженного графена, подвешенного между двумя металлическими электродами. Когда группы атомов поднимаются, графен изгибается и касается верхнего электрода, создавая положительный заряд, а когда они падают, они касаются нижнего электрода, который создает переменный ток. Конечно, в микроскопическом масштабе количество производимой энергии ничтожно по большому счету, но каждая отдельная рябь деформирует площадь размером 10 нанометров в квадрате, и когда она соприкасается с электродом, она производит 10 пиковатт энергии. Это всего лишь искра, но эта энергия экспоненциально возрастает при масштабировании до участков графена шириной 10 микрон (10 000 нанометров). В целом, эти патчи могут генерировать достаточно энергии для питания наручных часов, и, поскольку это происходит естественно и бесконечно, VEH может создать небольшую альтернативу батарее, которая теоретически никогда не изнашивается и никогда не требует зарядки. Затем исследователи планируют поэкспериментировать с другими материалами, помимо графена.

Идея возникла в XX веке после открыитя полупроводников. Но физик Леон Бриллюэн в середине XX века опроверг возможность с помощью одного диода собирать энергию из броуновского движения. Физики из Университета Арканзаса построили свою схему с двумя диодами для преобразования переменного тока в постоянный (DC). Когда диоды расположены напротив друг друга, позволяя току течь в обе стороны, они обеспечивают отдельные пути через схему, создавая импульсный постоянный ток, который выполняет работу на нагрузочном резисторе.   Кроме того, они обнаружили, что их конструкция увеличила количество передаваемой мощности. Они обнаружили, что поведение диодов при включении-выключении и переключении на самом деле усиливает подаваемую мощность, а не снижает ее, как считалось ранее.

Схема сбора энергии Тибадо использует атомное движение графена для генерации электрического тока, который может выполнять работу. Иллюстрация Эшли Акорд.

Хотя тепловая среда выполняет работу с нагрузочным резистором, графен и схема имеют одинаковую температуру, и тепло между ними не течет. Это важное различие, поскольку разность температур между графеном и цепью, в силовой цепи производства, будет противоречить второму закону термодинамики. Это означает, что второй закон термодинамики не нарушается, и нет необходимости утверждать, что «Демон Максвелла» разделяет горячие и холодные электроны.   Команда также обнаружила, что относительно медленное движение графена индуцирует ток в цепи на низких частотах, что важно с технологической точки зрения, поскольку электроника работает более эффективно на более низких частотах.   Университет Арканзаса имеет несколько заявленных патентов на эту технологию в США и на международном рынке и лицензировал ее для коммерческого применения через подразделение Technology Ventures университета. Следующая цель команды — определить, можно ли хранить постоянный ток в конденсаторе для последующего использования. Эта цель требует миниатюризации схемы и нанесения ее на кремниевую пластину или микросхему. Если бы миллионы этих крошечных схем могли быть построены на микросхеме размером 1 на 1 миллиметр, они могли бы служить заменой маломощной батареи.

Результаты, опубликованы в журнале Physical Review E,

Источник.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *