Создано графеновое устройство, способное преобразовывать Броуновское движение в электрическую энергию - «Наука и технологии»

Группа исследователей из Арканзасского университета разработала электронную схему с ключевыми компонентами, изготовленными из графена, которая способна преобразовывать энергию теплового движения в электричество. Ученые утверждают, что такая технология сбора и преобразования вторичной тепловой энергии может быть размещена прямо на поверхности кристаллов полупроводниковых чипов и она, эта технология, может стать безграничным источником экологически чистой энергии для датчиков и миниатюрных электронных устройств из разряда Интернета Вещей.

Данное достижение является результатом открытия, сделанного учеными из Арканзаса еще три года назад. Тогда ученым удалось обнаружить, что частицы графена, который является формой углерода с кристаллической решеткой одноатомной толщины, вибрируют своеобразным способом под воздействием Броуновского движения и эти вибрации можно использовать для сбора электрической энергии. Данное открытие являлось весьма спорным, так как оно шло вразрез с теорией Ричарда Фейнмана (Richard Feynman), согласно которой тепловое движение атомов и молекул, известное как Броуновское движение, не может быть использовано для производства полезной работы.

Однако физики из Арканзасского университета нашли, что уже при комнатной температуре движение атомов углерода в графене могут спровоцировать появление переменного электрического тока в специальной схеме, то, что раньше считалось невозможным. Также исследователи выяснили, что количество вырабатываемой энергии можно увеличить за счет специального дизайна схемы и конструкции ее графеновых элементов. К элементам "специального дизайна" относятся высокоскоростные диоды с малым падением напряжения и их присутствие только увеличивает количество преобразованной тепловой энергии.

Наличие диодов в графеновой схеме и увеличение количества преобразованной энергии полностью укладывается в рамки относительно новой области физики, называемой стохастической термодинамикой. Графеновые элементы и окружающая их схема входят в своего рода "симбиотические взаимоотношения", за счет которых преобразованное в электричество тепло воздействует лишь на резистор нагрузки, а графен и вся остальная схема находятся при одной и той же температуре, что исключает теплообмен между ними. Это очень важная часть сделанного открытия, ведь в обратном случае наличие перепада температур между двумя элементами входило бы в противоречие со вторым законом термодинамики.

Свою дальнейшую работу исследователи из Арканзаса планируют вести в двух параллельных направлениях. Первым направлением будет разработка высокоэффективного "электронного энергетического насоса", который сможет поднять очень низкое напряжение, вырабатываемое графеновым элементом, до значения, позволяющего сохранять эту энергию в конденсаторе или даже аккумуляторной батарее. Вторым направлением станет миниатюризации графеновой схемы, а целью этой работы станет возможность размещения на кристалле, размером 1 на 1 миллиметр, миллионов таких схем, которые в целом могут стать чем-то вроде вечной батарейки, постоянно вырабатывающей небольшое количество энергии.