O echipă de fizicieni ai Universității din Arkansas a creat cu succes un circuit capabil să capteze mișcarea termică a substanței grafen și să-l transforme într-un curent electric.

„Un circuit de recoltare a energiei bazat pe grafen ar putea fi încorporat într-un cip pentru a furniza energie curată, nelimitată, de joasă tensiune pentru dispozitive mici sau senzori”, a declarat Paul Thibado, profesor de fizică și cercetător principal. Descoperirile, publicate în revista Physical Review E, sunt dovada unei teorii pe care fizicienii au dezvoltat-o în urmă cu trei ani, conform căreia grafenul independent – un singur strat de atomi de carbon – se ondulează într-un mod care promite recoltarea energiei.

Ideea primirii energiei din grafen este controversată deoarece respinge afirmația fizicianului Richard Feynman conform căreia mișcarea termică a atomilor, cunoscută sub numele de mișcare browniană, nu poate funcționa. Echipa lui Thibado a descoperit că la temperatura camerei mișcarea termică a grafenului induce de fapt un curent alternativ (AC) într-un circuit, o realizare considerată imposibilă.

În anii 1950, fizicianul Léon Brillouin a publicat o lucrare de referință care respinge ideea că adăugarea unei singure diode, o așa numită poartă electrică unidirecțională la un circuit este soluția pentru recoltarea energiei din mișcarea browniană. Știind acest lucru, grupul lui Thibado și-a construit circuitul cu două diode pentru convertirea AC într-un curent continuu (DC). Cu diodele în opoziție, permițând curentului să curgă în ambele sensuri, acestea asigură căi separate prin circuit, producând un curent continuu pulsatoriu care exercită lucru pe un rezistor de sarcină.

În plus, ei au descoperit că designul lor crește cantitatea de energie livrată. „Am constatat, de asemenea, că comportamentul de conectare-deconectare, de tipul unui întrerupător, al diodelor amplifică de fapt puterea furnizată, mai degrabă decât să o reducă, așa cum se credea anterior”, a spus Thibado. “Rata de schimbare a rezistenței oferită de diode adaugă un factor suplimentar puterii.”

CITEȘTE:  O fuziune a două găuri negre a produs unde gravitaționale egale cu energia a opt stele precum Soarele

Echipa a folosit un domeniu relativ nou al fizicii pentru a demonstra că diodele au crescut puterea circuitului. „Pentru a demonstra această creștere a puterii, am luat din câmpul emergent al termodinamicii stocastice și am extins teoria celebră a lui Nyquist, veche de secole”, a spus coautorul Pradeep Kumar, profesor de fizică. Potrivit lui Kumar, grafenul și circuitul împărtășesc o relație simbiotică. Deși mediul termic exercită lucru la rezistența de sarcină, grafenul și circuitul sunt la aceeași temperatură și căldura nu curge între cele două.

Acesta este un aspect important, a spus Thibado, deoarece o diferență de temperatură între grafen și circuit, într-un circuit care produce putere, ar contrazice a doua lege a termodinamicii. „Acest lucru înseamnă că a doua lege a termodinamicii nu este încălcată și nici nu este nevoie să dezbatem faptul că „Demonul lui Maxwell” separă electronii calzi și reci”, a spus Thibado.

Echipa a descoperit, de asemenea, că mișcarea relativ lentă a grafenului induce curent în circuit la frecvențe joase, ceea ce este important din punct de vedere tehnologic, deoarece electronica funcționează mai eficient la frecvențe mai mici. “Oamenii ar putea crede că curentul care curge într-un rezistor îl face să se încălzească, dar curentul brownian nu. De fapt, dacă nu curge curent, rezistorul se va răci”, a explicat Thibado. „Ceea ce am făcut a fost să redirecționăm curentul din circuit și să-l transformăm în ceva util”.

Următorul obiectiv al echipei este de a determina dacă curentul continuu poate fi stocat într-un condensator pentru o utilizare ulterioară, un obiectiv care necesită miniaturizarea circuitului și modelarea acestuia pe o placă de siliciu sau cip. Dacă milioane din aceste mici circuite ar putea fi construite pe un cip de 1 milimetru cu 1 milimetru, acestea ar putea servi ca înlocuire a bateriei cu consum redus de energie.

astrofeed patreon

via: [Phys.org]