Istraživači su iskoristili atomsko kretanje grafena kako bi stvorili električnu struju koja bi mogla dovesti do čipa za zamjenu baterija
Fizičari su uspješno stvorili električnu struju iz atomskog kretanja grafena, otkrivajući novi izvor čiste, neograničene snage.
Tim fizičara sa Univerziteta u Arkansasu uspješno je razvio strujni krug sposoban za hvatanje toplotnog kretanja grafena i pretvaranje u električnu struju.
„Krug za prikupljanje energije zasnovan na grafenu mogao bi se ugraditi u čip kako bi se osigurala čista, neograničena, niskonaponska snaga za male uređaje ili senzore“, rekao je Paul Thibado, profesor fizike i vodeći istraživač u otkriću.
Otkrića, objavljena u časopisu Physical Review E, dokaz su teorije koju su fizičari razvili na Univerzitetu u Arkansasu od prije tri godine da se samostojeći grafen – jedan sloj atoma ugljenika – talasa i kopča na način koji obećava prikupljanje energije.
Ideja o sakupljanju energije iz grafena je kontroverzna jer opovrgava dobro poznatu tvrdnju fizičara Richarda Feynmana da termičko kretanje atoma, poznato kao Brownovo gibanje, ne može raditi. Thibadov tim otkrio je da na sobnoj temperaturi toplotni pokret grafena u stvari indukuje naizmjeničnu struju (AC) u krugu, što je postignuće za koje se smatra da je nemoguće.
Diode povećavaju snagu kruga
Pedesetih godina prošlog vijeka fizičar Léon Brillouin objavio je orijentacijski rad opovrgavajući ideju da je dodavanje jedne diode, jednosmjerne električne kapije u krug, rješenje za prikupljanje energije iz Brownova kretanja.
Znajući to, Thibadova grupa izgradila je svoj krug sa dvije diode za pretvaranje izmjenične struje u istosmjernu (DC). Budući da diode u suprotnosti omogućavaju struji da teče u oba smjera, one pružaju odvojene putanje kroz krug. Na taj način su proizvodili pulsirajuću istosmjernu struju koja izvodi rad na otporniku opterećenja.
Pored toga, otkrili su da njihov dizajn povećava količinu isporučene snage. „Takođe smo otkrili da ponašanje dioda poput uključivanja i isključivanja zapravo pojačava isporučenu snagu, umjesto da je smanjuje, kao što se ranije mislilo“, rekao je Thibado. „Stopa promjene otpora koju daju diode dodaje dodatni faktor snazi.“
Tim je koristio relativno novo područje fizike da dokaže da diode povećavaju snagu kruga. „Dokazujući ovo poboljšanje snage, izvukli smo se iz novog polja stohastičke termodinamike i proširili gotovo vjekovnu proslavljenu teoriju Nyquista“, rekao je koautor Pradeep Kumar, vanredni profesor fizike i koautor.
Sporo kretanje grafena indukuje struju
Prema Kumaru, grafen i krug dijele simbiotski odnos. Iako termalno okruženje izvodi rad na otporniku opterećenja, grafen i krug su na istoj temperaturi i toplota ne teče između njih.
To je važna razlika, rekao je Thibado, jer bi temperaturna razlika između grafena i kola u krugu koji proizvodi snagu bila u suprotnosti s drugim zakonom termodinamike. „To znači da se drugi zakon termodinamike ne krši, niti postoji potreba za argumentima da ‘Maxwellov demon’ razdvaja vruće i hladne elektrone“, rekao je Thibado.
Tim je takođe otkrio da relativno sporo kretanje grafena indukuje struju u krugu na niskim frekvencijama. To je važno s tehnološke perspektive jer elektronika djeluje efikasnije na nižim frekvencijama.
„Ljudi mogu pomisliti da struja koja teče kroz otpornik uzrokuje njegovo zagrijavanje, ali Brownova struja ne. Zapravo, ako nije tekla nikakva struja, otpor bi se ohladio“, objasnio je Thibado. „Ono što smo učinili je da preusmjerimo struju u krugu i pretvorimo je u nešto korisno.“
Sljedeći cilj tima je utvrditi može li se istosmjerna struja sačuvati u kondenzatoru za kasniju upotrebu. Cilj koji zahtijeva minijaturizaciju kruga i oblikovanje uzorka na silicijskoj pločici ili čipu. Ako bi se milioni ovih sićušnih strujnih krugova mogli izgraditi na čipu veličine milimetar sa milimetar, mogli bi poslužiti kao zamjena za bateriju male snage.
