Fysiker från USA upptäckte av misstag att grafen kan generera energi med hjälp av miljön och kommer att bli ett nytt ord inom energi och bionik inom en snar framtid.
Förekomsten av grafen i naturen är ett fenomen som blev möjligt på grund av det faktum att forskare hittade ett "kryphål" i fysikens lagar och tvingade en kontinuerlig tvådimensionell atomduk att bete sig som ett tredimensionellt material. Fler och fler nya studier avslöjar användbara tillämpningar av detta material, och förutsägelserna låter mycket uppmuntrande: det visade sig att grafen kan användas för att få en nästan oändlig mängd energi!
Oavsiktlig upptäckt
Ett team av fysiker ledda av forskare från University of Arkansas gjorde upptäckten av misstag. Det ursprungliga syftet med deras testning var att studera vibrationen av grafen - men för vad?
Vi är alla bekanta med kornig grafit, som vanligtvis används i samband med keramiska komponenter för att skapa en blyertsaxel. Den svarta remsan som kvarstår efter att blyertspennan har gått över papperet är i själva verket tunna ark kolatomer som lätt glider över varandra. Under många år har fysiker undrat: är det möjligt att isolera ett sådant ark och göra det till ett oberoende tvådimensionellt plan?
2004 lyckades fysiker från University of Manchester. För att existera separat från varandra måste ark med kolatomer bete sig som ett tredimensionellt material för att ge den nödvändiga stabiliteten. Det visade sig att "kryphålet" i detta fall är förskjutningen av mobila atomer, vilket ger grafen egenskaperna för den tredje dimensionen. Med andra ord, grafen var aldrig 100% platt - den vibrerade på atomnivån så att dess bindningar inte spontant förföll.
Det var för att mäta nivån på denna förskjutning och vibration som fysikern Paul Tibado nyligen ledde en grupp doktorander och gjorde en mycket enkel studie med dem. Forskare lade ark med grafen på ett speciellt kopparnät och observerade förändringar i atomernas positioner med ett mikroskop. Siffrorna motsvarade emellertid inte av den förväntade modellen. Dessutom varierade data från försök till försök.
Kampanjvideo:
Grafen som energikälla
Thibado beslutade att ta experimentet i en annan riktning, försöker hitta en lämplig mall och ändra sättet han analyserade data. Forskare har delat upp varje bild som tagits under mätningen i underbilder. Strategin visade sig vara korrekt: den storskaliga bilden tillät inte att studera atomlagarnas rörelselager, men analysen av dess uppgifter som ett resultat gjorde det möjligt att ta reda på något intressant. Det antogs att grafenarken rörde sig på samma princip som böjda metallplåtar - men detta antagande visade sig vara falskt.
Det visade sig att hela punkten ligger i de så kallade "Levy-flygningarna" - mönster av små slumpmässiga fluktuationer kombinerade med plötsliga, skarpa skift. Sådana system har tidigare observerats i biologiska och klimatiska system, men fysiker har sett dem för första gången i en atomskala. Genom att mäta hastigheten och skalan på dessa grafenvågor föreslog Thibado att de skulle kunna användas för att utvinna energi från miljön.
Så länge omgivningens temperatur förhindrar den "bekväma" rörelsen av grafenatomer relativt varandra, kommer de att fortsätta att pulsa och böjas. Placera elektroder på vardera sidan av en del av denna grafen och du har en liten generator. Enligt beräkningar har en graf på 10x10 mikron grafen en effekt på 10 mikrowatt. Med tanke på att huvudet på en stift kan passa så många som 20 000 av dessa torgar, ser en sådan "kraftverk" inte så imponerande ut, eller hur? Denna kraft vid rumstemperatur räcker emellertid för att ge energi till en liten gadget - till exempel ett armbandsur. Det är också intressant att en sådan metod för att erhålla energi i framtiden kan leda till att bioimplanter skapas, som inte behöver skrymmande batterier.
Slutsats
Chibado samarbetar för närvarande med forskare vid US Naval Research Laboratory för att se om denna strategi har en framtid. Kanske är det grafen som kommer att bli källan till "framtidens energi", som gör det möjligt för tekniker att göra ett betydande genombrott inom en snar framtid.
Vasily Makarov
