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新发明从石墨烯获得无尽洁净能源

2020-10-18 14:42:12    来源:书生家电网    浏览次数:    字号:TT

  研究者找到一种驾驭石墨烯内原子的运动产生电流的技术,将来可以集成在芯片上成为电子设备的替代电池。

新发明从石墨烯获得无尽洁净能源

  研究负责人阿肯色大学物理学教授蒂巴多说:“基于石墨烯的发电电路可以集成到芯片上,为小型设备或感应器提供洁净、无限的低压电源。”

  阿肯色大学的物理学家三年前提出的理论称,可以从单层碳原子组成的石墨烯内部原子特定的运动方式收获能源。这与已故物理学家费曼的说法矛盾。费曼称,原子的无规则热运动,也称为布朗运动,无法做有用功。

  可是蒂巴多的研究组发现,在室温下,石墨烯内部的热运动可以产生交流电。

  科学家曾提出,向电路增加一个二极管做为单向电子门,就可以从布朗运动中获取能量,但是上世纪50年代物理学家布里渊发布的一项研究认为不可行。

  于是,蒂巴多的研究组在电路中用了两个二极管,朝向相反的方向,让电流向两个方向流动,即在电路中为电流提供两个分开的通道,将交流电变为直流电,使电流在负载电阻上做功。

  不仅如此,他们发现这样的设计增加了所产生的电能。“我们发现二极管类似开关的作用,实际上起到了放大电流的效果,而不是像以前认为的会减小(电能)。”

  合作研究者库玛说,石墨烯和电路是共生的关系。虽然热环境在电阻上做功,但是石墨烯和电路的温度是一样的,两者之间没有热量的传递。

  蒂巴多说,这是一个重要的特性。因为石墨烯和发电电路之间的温差,与热力学第二定律矛盾。热力学第二定律说,孤立系统自发地朝着热力学平衡的方向演化,或者说热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。

  “人们可能以为,电流将导致电阻升温,但是布朗运动下不会。实际上,如果没有电流的流动,电阻将会降温。”蒂巴多说:“我们所做的就是在电路中将电流改道,让它实现有用的效果。”

  另外,研究组发现石墨烯内粒子相对较慢的运动,使得产生的电流频率很低。研究人员表示这是重要的优势,因为电子设备在低频电压下工作更有效。

  研究组的下一个目标是考察怎样将直流电存储起来。为了实现这个目标,要把电路造得尽量小,把它们集成在硅芯片上。如果在一个1毫米X1毫米见方的芯片上可以集成几百万个这样的电路,这个芯片就能为做为低压电池使用。这份研究近期发布在《物理评论E刊》上。

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